Echt­zeit­kon­trol­le von Aufreinigungsprozessen

Wäh­rend bio­phar­ma­zeu­ti­sche Pro­zes­se bis­her nur durch auf­wän­di­ge, zeit­in­ten­si­ve Ana­ly­sen­me­tho­den und im Rück­blick beur­teilt wer­den konn­ten, ermög­licht ein vom Acib zusam­men mit Boehrin­ger Ingel­heim RCV und Novar­tis Phar­ma, Kundl ent­wi­ckel­tes Ver­fah­ren die Kon­trol­le die­ser Pro­zes­se erst­mals in Echt­zeit. Inte­grier­te Sen­so­ren und mathe­ma­ti­sche Model­le lie­fern in Sekun­den Infor­ma­tio­nen über die Pro­dukt­qua­li­tät und ‑quan­ti­tät sowie vor­han­de­ne Ver­un­rei­ni­gun­gen. Fehl­pro­duk­tio­nen und Gesamt­pro­zess­dau­er wer­den gesenkt und Pro­zes­se dadurch siche­rer. Das neue Ver­fah­ren hilft der Indus­trie, Pro­duk­t­eng­päs­se zu ver­mei­den und Her­stel­lungs­kos­ten von hoch­prei­si­gen Medi­ka­men­ten zu mindern.
Der Markt­an­teil bio­tech­no­lo­gisch pro­du­zier­ter Medi­ka­men­te, wie Impf­stof­fe, Krebs­the­ra­peu­ti­ka oder Wirk­stof­fe zur Behand­lung gegen Dia­be­tes oder rheu­ma­to­ider Arthri­tis, hat sich in den letz­ten zehn Jah­ren annä­hernd ver­dop­pelt. Bio­phar­ma­zeu­ti­ka, die meist in Bak­te­ri­en oder tie­ri­schen Zel­len her­ge­stellt wer­den, besit­zen im Ver­gleich zur che­mi­schen Syn­the­se den Vor­teil, weit­aus fle­xi­bler zu sein und unter scho­nen­de­ren, natür­li­chen Bedin­gun­gen pro­du­ziert wer­den zu kön­nen. So wird die Her­stel­lung von Pro­duk­ten zur The­ra­pie von Krank­hei­ten mög­lich, die vor weni­gen Jah­ren noch als unheil­bar galten.

Her­aus­for­dern­de Pro­duk­ti­on durch Verunreinigungen

Jedoch ist die Her­stel­lung von Bio­phar­ma­zeu­ti­ka bis heu­te sehr her­aus­for­dernd. Das betrifft ins­be­son­de­re die Pro­duk­ti­on in bio­lo­gi­schen Sys­te­men als auch die Ent­fer­nung von beglei­ten­den Ver­un­rei­ni­gun­gen. Mehr­stu­fi­ge Auf­rei­ni­gungs­pro­zes­se und ein hohes Maß an Pro­zess­ver­ständ­nis sind not­wen­dig, um die behörd­lich gefor­der­te Rein­heit die­ser Pro­duk­te zu gewähr­leis­ten. Der­zeit wird die Pro­dukt­qua­li­tät durch eine stän­di­ge Pro­ben­ent­nah­me aus dem Pro­zess und anschlie­ßen­de Ana­ly­se über­prüft und doku­men­tiert. Der­ar­ti­ge Qua­li­täts­kon­trol­len sind sehr zeit­auf­wen­dig, daher erhält man die­se Infor­ma­ti­on oft erst Stun­den oder Tage nach Abschluss ein­zel­ner Pro­zess­schrit­te. Das bedingt einer­seits gro­ße Ver­zö­ge­run­gen der Pro­zes­se durch die War­te­zei­ten auf die Ana­ly­se­er­geb­nis­se. Ande­rer­seits kann ledig­lich die Qua­li­tät eines Pro­duk­tes fest­ge­stellt wer­den – ein akti­ves Ein­wir­ken dar­auf ist nicht möglich.

Echt­zeit­kon­trol­le durch wis­sens­ba­sier­te Prozessführung

Das Aus­tri­an Cent­re of Indus­tri­al Bio­tech­no­lo­gy (Acib) hat gemein­sam mit Boehrin­ger Ingel­heim RCV, Wien und der Novar­tis Phar­ma, Kundl ein Sys­tem ent­wi­ckelt, das die Kon­trol­le der kom­ple­xen Auf­rei­ni­gungs­pro­zes­se von Bio­phar­ma­zeu­ti­ka in Echt­zeit ermög­licht. “Wäh­rend bis­he­ri­ge Metho­den oft nur Infor­ma­ti­on über ein Qua­li­täts­merk­mal des Pro­duk­tes im lau­fen­den Pro­zess lie­fern, kön­nen wir mit dem ent­wi­ckel­ten Ver­fah­ren in Sekun­den­schnel­le nicht nur Aus­sa­gen über die Qua­li­tät und Quan­ti­tät des Pro­duk­tes, son­dern auch über vor­han­de­ne Ver­un­rei­ni­gun­gen erhal­ten. Dies wird durch Kom­bi­na­ti­on ver­schie­de­ner Sen­so­ren und die Ent­wick­lung mathe­ma­ti­scher Model­le ermög­licht, die einen Zusam­men­hang zwi­schen den gemes­se­nen Signa­len und wich­ti­gen Qua­li­täts­kri­te­ri­en her­stel­len und Infor­ma­tio­nen in Echt­zeit zur Ver­fü­gung stellen.
Das Stich­wort ist wis­sens­ba­sier­te Pro­zess­füh­rung”, erklärt Astrid Dürau­er, Pro­jekt­lei­te­rin und Key Rese­ar­che­rin am Acib sowie Seni­or Sci­en­tist am Insti­tut für Bio­tech­no­lo­gie an der Boku Wien. Eine im Pro­jekt ent­wi­ckel­te Benut­zer­ober­flä­che erlaubt die Über­wa­chung des Sys­tems, die visu­el­le Dar­stel­lung der erho­be­nen Daten sowie eine Rück­mel­dung der Infor­ma­tio­nen zur Sys­tem­kon­trol­le. “Das Sys­tem redu­ziert das Risi­ko von Fehl­pro­duk­tio­nen, die Gesamt­pro­zess­dau­er und das Aus­maß der not­wen­di­gen Ana­ly­sen deut­lich. Das macht Pro­zes­se siche­rer, schnel­ler und effi­zi­en­ter.“ Damit ste­hen Kapa­zi­tä­ten für ande­re Pro­duk­te oder mehr Char­gen eines Pro­duk­tes zur Ver­fü­gung, wodurch Pro­duk­t­eng­päs­se beho­ben wer­den. Indem Her­stel­lungs­kos­ten redu­ziert und Res­sour­cen geschont wer­den, kann zukünf­tig mit einer deut­li­chen Kos­ten­sen­kung bis­her hoch­prei­si­ger Medi­ka­men­te gerech­net werden.

Eine Wen­de in der bio­tech­no­lo­gi­schen Produktion

Das Acib hat den Pro­to­typ am Wie­ner Stand­ort von Boehrin­ger Ingel­heim zusam­men mit bei­den Indus­trie­part­nern ent­wi­ckelt und über drei Jah­re getes­tet. Im ver­gan­ge­nen Jahr wur­de das Sys­tem bei bei­den Fir­men­part­nern erfolg­reich in Betrieb genom­men. Das Ver­fah­ren wur­de in Euro­pa und den USA bereits paten­tiert. “Tech­no­lo­gisch gese­hen ist der Ein­satz von Inpro­zess-Qua­li­täts­kon­trol­le in Echt­zeit die unab­ding­ba­re Vor­aus­set­zung für eine Echt­zeit­frei­ga­be von Pro­duk­ti­ons­char­gen und damit für eine effi­zi­en­te Pro­duk­ti­on hoch­qua­li­ta­ti­ver Bio­phar­ma­zeu­ti­ka. Das ent­wi­ckel­te Ver­fah­ren stellt die Basis für eine ver­kürz­te Pro­duk­ti­ons­dau­er dar und kann uns einen deut­li­chen Inno­va­ti­ons­vor­sprung bei der Pro­zess­füh­rung in der Pro­duk­ti­on von Bio­phar­ma­zeu­ti­ka brin­gen”, freut sich Chris­ti­an Ecker­mann, Lei­ter der Bio­phar­ma­zie des Boehrin­ger Ingel­heim RCV. Auch Micha­el Kocher, Coun­try Pre­si­dent von Novar­tis Aus­tria kann dies bestä­ti­gen. Kocher sieht mit der neu­en Tech­no­lo­gie auch eine Ant­wort für die behörd­lich seit Jah­ren gefor­der­ten Echt­zeit­kon­trol­len in der phar­ma­zeu­ti­schen Indus­trie: “Kon­ti­nu­ier­li­che Pro­duk­ti­on und Qua­li­täts­kon­trol­le für Her­stel­lungs­pro­zes­se in Echt­zeit sind mitt­ler­wei­le Stand der Tech­nik in der Auto­mo­bil- oder Lebens­mit­tel­bran­che und haben dort nach­weis­lich zur Ver­bes­se­rung der Pro­dukt­qua­li­tät sowie zu effi­zi­en­te­ren Pro­duk­tio­nen geführt. Wenn­gleich die zustän­di­gen Behör­den für die Zulas­sung von Medi­ka­men­ten die Ein­füh­rung sol­cher Echt­zeit­kon­trol­len auch in der phar­ma­zeu­ti­schen Indus­trie seit Jah­ren ein­for­dern, fan­den die­se Stra­te­gien bis­her nur wenig Umset­zung, spe­zi­ell im Bio­phar­ma­be­reich. Wir lie­fern als Ers­te eine Ant­wort dar­auf und lei­ten mit dem neu­en Sys­tem eine Wen­de in der bio­tech­no­lo­gi­schen Pro­duk­ti­on ein.”