Schnelle weltweite Bereitstellung von Impfstoffen durch reduzierten Platzbedarf für Bioreaktoren
In den Vereinigten Staaten, 14 Krankheiten die früher tödlich waren (wie Diphtherie und Masern), sind heute fast ausgerottet. Allerdings sind sie in Ländern, die nicht in der Lage waren, rigorose Impfkampagnen durchzuführen, weitaus häufiger anzutreffen.
Dass diese Impfkampagnen nicht durchgeführt werden können, liegt zumeist an den unerschwinglichen Kosten der Impfstoffe. Wenn Impfstoffe billiger hergestellt werden, können sie weltweit zu viel niedrigeren Kosten verteilt werden, was die Ausrottung von Krankheiten überall fördert.
Der Platzbedarf der Anlage korreliert eng mit den Herstellungskosten
Platz ist ein kostbares Gut, insbesondere in GMP-Reinraumanlagen. Die Verringerung des Platzbedarfs von Bioreaktoren und verschiedenen anderen Geräten kann weitreichende Vorteile haben - letztlich eine billigere und umfassendere Verteilung von Impfstoffen.
Eine Verringerung des Platzbedarfs senkt in jedem Fall die Gesamtkosten und führt zu effizienteren und kostengünstigeren Anlagen. Bei Upstream-Anlagen kann der Platzbedarf von Bioreaktoren durch die Entwicklung innovativer Methoden zur Erhöhung der Zelldichte erheblich reduziert werden, was zu höheren Erträgen bei gleicher Anlage führt - und zu mehr Impfstoffdosen, ohne dass die Kosten steigen.
Prozessintensivierung: Steigerung der Produktivität bei reduziertem Geräteeinsatz
Das Ziel der Prozessintensivierung ist die Steigerung der Produktivität bei gleichzeitiger Verringerung der erforderlichen Anlagengröße. Dies bedeutet geringere Kapitalinvestitionen für neue Anlagen, niedrigere Gemeinkosten über die gesamte Lebensdauer und insgesamt niedrigere Warenkosten - bei gleichbleibendem oder sogar höherem Ausstoß der Anlage.
In Bioreaktoren kann die Prozessintensivierung durch eine Erhöhung der Zelldichte im Reaktormedium erreicht werden. Traditionell wurden Zellkulturen auf 2-D-Oberflächen gezüchtet, und für eine Maßstabsvergrößerung musste lediglich die Oberfläche vergrößert werden, an der die Zellen anhaften können.
Mit dieser Methode kann eine Zelldichte von 20 Millionen Zellen/ml erreicht werden, und sie erfordert eine große Produktionsfläche: die Anzahl der Inkubatoren und Biosicherheitsschränke muss mit der Größe der Kultur skalieren. Außerdem erfordert dieses System viele qualifizierte Mitarbeiter zur Überwachung der Kulturen.
Neuere Technologien wie Mikroträger haben es Wissenschaftlern und Herstellern ermöglicht, deutlich höhere Zelldichten auf viel kleinerer Fläche zu erreichen. Im Jahr 2014 hat die Pall iCELLis erreicht 100 Millionen Zellen/mlund diese Zahl steigt weiter an. Derzeit nutzt Univercells einen Zuschuss der Gates-Stiftung um die Dichte auf beeindruckende 250 Millionen Zellen/ml zu erhöhen - mit dem Ziel, die Herstellungskosten des Impfstoffs so weit zu senken, dass Polio-Impfstoffe für Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen zu Kosten von nur $0,15 pro Dosis geliefert werden können.
Fallstudie: Sartorius nutzt Prozessintensivierung zur Beschleunigung der Impfstoffentwicklung
In einem White Paper vom Juli 2020 untersuchte Sartorius die Prozessintensivierung als eine Methode zur Beschleunigung der Impfstoffentwicklung als Reaktion auf COVID-19. Sie stellten fest, dass es weltweit viel mehr 2.000-Liter-Bioreaktoren gibt, die jederzeit stillstehen, als 20.000-Liter-Bioreaktoren, die den GMP-Anforderungen entsprechen. Diese kleineren Bioreaktoren sind flexibel und können in bewegliche Skids integriert werden, die einen schnellen Produktwechsel ermöglichen. In dem White Paper heißt es: "Die Verwendung eines intensivierten Zellkulturprozesses ... zur Herstellung von 10 bis 20 Impfstoffdosen/ml [ermöglicht] die Durchführung von 2.000-Liter-Durchläufen und die Herstellung von ausreichend Impfstoff für Versuche in kleinem Maßstab."
Eine Verkleinerung (nicht Vergrößerung) kann die Effizienz bestehender Einrichtungen maximieren
Skalierung von Bioreaktoranlagen bedeutet, dass die Leistung kleinerer Reaktoren erhöht wird, ohne dass diese in den Produktionsmaßstab überführt werden müssen. Dies geschieht entweder durch eine einfache Erhöhung der Anzahl kleinerer Bioreaktoren oder durch eine Erhöhung der Zelldichte in einem einzigen, kleineren Reaktor.
Verkleinern ist oft einfacher und praktikabler als die Vergrößerung von 2.000-Liter-Bioreaktoren auf 10-20.000-Liter-Reaktoren. Dies liegt in erster Linie daran, dass die Kultur (und die Impfstoffproduktion) in großem Maßstab gezüchtet werden kann, ohne dass die für (sehr teure) Bioreaktoren im großen Maßstab konzipierten Anlagen erforderlich sind.
Ein wesentlicher Vorteil der Skalierung eines Prozesses besteht darin, dass er die weitere Verwendung von Einweg-Bioreaktoren (SUBs). SUBs sind billiger, flexibler und können eine deutlich höhere Betriebszeit erreichen als Mehrzweckreaktoren - allerdings haben sie in der Regel eine maximale Kapazität von etwa 2.000 Litern. Die Erhöhung der Anzahl der SUBs in einer Anlage bei gleichzeitiger Erhöhung der erreichbaren Zelldichte kann die 10-fache Kapazitätslücke zwischen einem SUB und einem Bioreaktor im Produktionsmaßstab erfolgreich schließen.
Dies führt zu einer Verringerung des erforderlichen Platzbedarfs für Bioreaktoren im kommerziellen Maßstab und kann insbesondere für Impfstoffversuche der Phase 3 nützlich sein, die die Produktion einer großen Anzahl von Dosen erfordern, deren Ergebnisse jedoch noch unsicher sind. Die Fähigkeit, den Produktionsbedarf für klinische Studien zu decken, ohne die derzeitigen (enormen) Investitionsausgaben zu tätigen, könnte es daher ermöglichen, dass mehr Biologika in klinische Studien gelangen - was wiederum dazu führt, dass mehr neue Impfstoffe schneller auf den Markt kommen und wir neue oder seltene Krankheiten wirksamer bekämpfen können als bisher.