Modelle für bessere Steuerung von Zellkulturen [20.08.25]
Ob für Lebensmittel oder für Medikamente – werden Zellen in Bioreaktoren angezogen, muss ihr Wachstum gezielt beeinflusst und gesteuert werden. Mit der Frage, wie sich dies verbessern lässt, setzen sich Forschende der Universität Hohenheim auseinander. Ihr Ziel: Die Entwicklung vereinfachter mathematischer Modelle, die ein besseres Verständnis und eine präzisere Steuerung von Zellkulturen ermöglichen. Dabei dienen Hefezellen als Modellorganismen – die Erkenntnisse sollen später auf andere Fermentationsprozesse übertragen werden.
Zellwachstum ist ein hochkomplexer Vorgang, der von vielfältigen Eigenschaften der Zellen wie Größe, Alter oder Gewicht beeinflusst wird. Diese Vielfalt bestimmt, wie sich Zellen teilen und miteinander interagieren. Bereits in einem Vorgängerprojekt hat das Forschungsteam um Prof. Dr. Alexander Schaum vom Fachgebiet Prozessanalytik mathematische Modelle erstellt, die das Wachstum beschreiben und eine präzise Prozessüberwachung und -regelung ermöglichen. Nun sollen diese Ansätze erweitert werden.
Hierzu setzen die Forschenden moderne Sensorik und neue Berechnungsmethoden ein. So können Prozessdaten besser erfasst und ausgewertet werden, die Berechnungsgenauigkeit und Effizienz steigen. Da genaue Beschreibungen oft sehr komplex sind, liegt ein weiterer Fokus auf der Modellvereinfachung. Dies soll auch die Echtzeitfähigkeit der entwickelten Methoden sichern, sprich, dass alle Berechnungen parallel zum Prozess auf einem einfachen Computersystem erfolgen können. Gleichzeitig prüfen die Forschenden, ob die entwickelten Konzepte auf andere Kulturen, beispielsweise Mikroalgen, übertragbar sind. Dadurch könnte das Spektrum biotechnologischer Anwendungen deutlich erweitert werden.
Die Forschenden erwarten, dass ihre Arbeit nicht nur die theoretische Modellierung voranbringt, sondern auch praktische Verbesserungen in unterschiedlichen Prozessen ermöglicht – von der Lebensmittelherstellung bis zur Produktion von Medikamenten.
Projekt-Steckbrief
- Titel: Beobachter- und Reglerentwurf für massenstrukturierte Zellpopulationen
- Fördersumme: 357.382 Euro
- Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
- Dauer: 15.8.2025-14.8.2028
- Beteiligte: Universität Hohenheim, Fachgebiet Prozessanalytik
Schwergewichte der Forschung
Als „Schwergewichte der Forschung“ gelten herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 350.000 Euro bei den Experimental- bzw. 150.000 Euro bei den Sozial- und Gesellschaftswissenschaften.
Kontakt
Prof. Dr. Alexander Schaum, Universität Hohenheim, Fachgebiet Prozessanalytik,
+49 (0)711 459 23286, alexander.schaum@uni-hohenheim.de
