PERFEG-MEAT – Ergebnisse

Im Projekt „PERFEG-MEAT“ wurden wissenschaftliche und technologische Grundlagen für eine ressourceneffiziente Herstellung von kultiviertem Fleisch entwickelt. Ein besonderer Fokus lag auf der Entwicklung von Recyclingstrategien für Zellkulturmedien sowie auf der Optimierung von Perfusionsprozessen, um Wachstumsfaktoren effizienter einzusetzen und ihre Mehrfachnutzung zu ermöglichen.

Zu Beginn des Projekts wurde ein Referenzsystem definiert, das sowohl das verwendete Zellsystem, als auch zentrale technische Betriebsbedingungen festlegt. Dieses Referenz-Setup dient als Standard-Ausgangszustand, um Veränderungen der Prozessbedingungen systematisch vergleichen zu können. Parallel dazu wurde ein Steuerungs- und Automatisierungskonzept entwickelt, das verschiedene Prozesskomponenten wie Pumpen, Sensoren und mikrofluidische Elemente in eine gemeinsame Steuersoftware integriert. Dadurch konnten zentrale Parameter reproduzierbar eingestellt und erste Ansätze für ein kontinuierliches Online-Monitoring der Zellkulturprozesse etabliert werden.

Ein zentraler Bestandteil der Arbeiten im Projekt war die Entwicklung modularer Komponenten für Perfusions- und Recyclingprozesse. Hierfür wurden verschiedene Systemmodule zunächst digital konstruiert und anschließend mithilfe additiver Fertigung als Prototypen umgesetzt. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung eines Begasungsmoduls, das eine präzisere Steuerung der Sauerstoffversorgung ermöglicht und die Belüftung im Labormaßstab realitätsnah abbildet. Diese Komponenten können flexibel in Perfusionsbioreaktoren integriert werden und dienen dazu, stabile Prozessbedingungen auch bei hohen Zelldichten sicherzustellen.

Die Untersuchungen zeigten, dass insbesondere zwei Faktoren entscheidend für stabile Zellkulturprozesse sind: die ausreichende Verfügbarkeit von Sauerstoff, sowie die Stabilität und Verfügbarkeit von Wachstumsfaktoren. Beide Parameter stellen derzeit zentrale Engpässe für die Skalierung der Produktion von kultiviertem Fleisch dar. Im Projekt wurde daher ein Perfusionsbioreaktorkonzept entwickelt, das durch modulare Komponenten und kontrollierte Prozessführung eine gezieltere Versorgung der Zellkultur ermöglicht.

Darüber hinaus wurde die Wiederverwendbarkeit von Zellkulturmedien untersucht. Analysen des verbrauchten Mediums zeigten, dass ein vollständiges Recycling nicht möglich ist, da bestimmte Nährstoffe und Wachstumsfaktoren im Verlauf der Kultivierung verbraucht werden oder hemmende Stoffwechselprodukte ansteigen. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass bereits ein definierter Mindestanteil an frischem Medium ausreicht, um die Wachstumsrate der Zellkultur wieder auf das gewünschte Niveau zu bringen. Dadurch lässt sich der Gesamtverbrauch an Kulturmedium reduzieren und die Ressourceneffizienz des Prozesses deutlich verbessern. Zur Bewertung der Prozessleistung wurden zudem geeignete Kennzahlen entwickelt, mit denen sich Kulturstabilität, Produktivität und Medienverbrauch systematisch erfassen lassen.

Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass Perfusionsprozesse einen zentralen Hebel für die Skalierung und Wirtschaftlichkeit der Produktion von kultiviertem Fleisch darstellen. Durch die Kombination aus modularen Bioreaktorkomponenten, verbesserten Begasungsstrategien und Ansätzen zum Medienrecycling konnten wichtige Grundlagen für stabilere und ressourceneffizientere Zellkulturprozesse geschaffen werden.