Die Vorteile von Hybridanlagen in der Biologika-Herstellung

Die Vorteile von Hybridanlagen in der Biologika-Herstellung

Was ist Bioprocessing?

Bioprocessing ist eine Technik, bei der wir biologische Ressourcen wie lebende Zellen oder Mikroben und ihre Hilfsmittel wie Enzyme oder Metaboliten nutzen, um die gewünschten Produkte zu erhalten. Bioreaktoren und Fermenter werden so optimiert, dass sie die beste Umgebung für diese Reaktionen bieten und die größte Produktmenge liefern. In der Medizin werden Säugetierzellen in Bioreaktoren kultiviert, um biologische Arzneimittel – oft Proteine, Antikörper oder DNA-Fragmente – herzustellen.

Nach der Optimierung kann ein Bioreaktor Millionen oder sogar Milliarden von Zellen produzieren, die in der vorgeschalteten Verarbeitung kultiviert werden können. Diese Zellen und ihre Produkte werden dann über Filtration, Separation, Reinigung sowie Abfüllung und Veredelung weiter nachgeschaltet. In diesen Schritten werden die relevanten Proteine aus der Zellmasse gereinigt und so verarbeitet, dass sie den Reinheits- und Qualitätsanforderungen entsprechen.

Anlagentypen für die Herstellung biologischer Arzneimittel

Bioprozessgeräte können entweder aus rostfreiem Stahl oder Glas (die zwischen den Chargen gereinigt und sterilisiert werden müssen) oder aus Kunststoff für den Einmalgebrauch bestehen.

Mehrzweckgeräte: Bioreaktoren aus rostfreiem Stahl

Zwar können auch Geräte aus Glas verwendet werden, insbesondere in Labors, doch konzentrieren wir uns hier auf Edelstahl als Vertreter aller Mehrzweckgeräte. Bioreaktoren aus Edelstahl haben eine lange Tradition in der biomedizinischen Produktion, da sie korrosionsbeständig und leicht zu reinigen sind und problemlos Chargengrößen von 10.000-20.000 Litern erreichen können.

Einweggeräte: Einweg-Bioreaktoren aus Kunststoff

Single-Use-Bioreaktoren (SUBs) sind seit ihrer Einführung in den späten 1990er Jahren in der Bioprozessindustrie immer beliebter geworden, vor allem wegen ihrer Flexibilität im Vergleich zu Edelstahlreaktoren. SUBs erfordern geringere Investitionsausgaben, und der Wegfall von CIP/SIP-Skids senkt sowohl die Betriebskosten als auch das Risiko von Kreuzkontaminationen. Diese Vorteile können zwar die Herstellungszeiten um mehrere Monate verkürzen, aber das funktioniert nur bei Arzneimitteln mit kleinen Chargen (d. h. bei Arzneimitteln mit kleinen adressierbaren Märkten oder kleinen Chargen für klinische Studien), da SUBs derzeit bei Chargengrößen von etwa 2.000 Litern ihr Maximum erreichen.

Hybride Bioprozesstechnik

Bei der hybriden Bioprozessierung wird eine Kombination aus Einweg- und wiederverwendbaren Komponenten und Skids in der Produktionslinie verwendet, um gleichzeitig die Vorteile beider Technologien zu nutzen. Die Hersteller entscheiden sich meist für hybride Anlagen, während sie langsam auf Einweggeräte umstellen und diese testen.

Hybride Anlagen sind in der Lage, niedrigere Kosten, einen geringeren ökologischen Fußabdruck und weniger unterstützende Infrastruktur zu erreichen, indem sie Einweg-Skids verwenden, wo dies möglich ist. Sie sind auch in der Lage, größere Chargen für verschiedene kritische Verarbeitungsschritte aufrechtzuerhalten, indem sie in diesen Bereichen Edelstahl-Skids verwenden. Die spezifische Mischung aus Einweg- und Edelstahlskids hängt von den verschiedenen Produktionsanforderungen des Herstellers ab.

Vorteile von Hybridanlagen gegenüber Anlagen, die vollständig aus Edelstahl bestehen

Geringerer ökologischer Fußabdruck

Hybride Systeme bieten ein praktisches und umweltbewusstes Design, das die Möglichkeit bietet, den ökologischen Fußabdruck einer Anlage zu verringern, ohne dass eine vollständige Überarbeitung des Herstellungsprozesses erforderlich ist. Hybride Anlagen ermöglichen es den Systemdesignern, die Vorteile von Einwegkufen zu nutzen, wo dies sinnvoll ist, und gleichzeitig deren Grenzen in anderen Bereichen zu erkennen und dort, wo es notwendig ist, weiterhin rostfreien Stahl zu verwenden.

Niedrigere Produktions- und Betriebskosten

Die Investitions- und Betriebskosten für Einweggeräte sind viel niedriger als für vergleichbare Geräte aus rostfreiem Stahl. Die Einsparungen bei den Betriebskosten sind darauf zurückzuführen, dass Einweggeräte Einwegartikel sind und daher vom Hersteller nicht gereinigt oder sterilisiert werden müssen. Die Gesamteinsparungen hängen jedoch von der Größe des Produktionslaufs ab. Beispielsweise können bei Kampagnen, die eine hohe Anzahl von Chargen erfordern, die Kosten für Einweg-Verbrauchsmaterialien letztendlich die Anlaufkosten für Edelstahl übersteigen.

In Anbetracht der unterschiedlichen Chargengrößenbeschränkungen für verschiedene Edelstahl- und Single-Use-Skids ist es relativ einfach, die optimalen Skids für den Übergang zu Single-Use für eine Hybridanlage zu bestimmen. Die Kapitalkosten der Edelstahlgeräte für große Chargen müssen einfach mit den Verbrauchskosten der Single-Use-Geräte für kleinere Chargen verglichen werden.

Kundenspezifische Entwürfe

Bioreaktoren aus rostfreiem Stahl sind oft vollständig auf eine einzige Produktlinie zugeschnitten. Für Einrichtungen, die sich ausschließlich auf dieses Produkt konzentrieren, ist dies ein Vorteil. Für Anlagen, die eine größere Vielseitigkeit benötigen, können SUBs besser geeignet sein, da sie konfigurierbar sind und sich bei Änderungen der Prozessbedingungen oder des Medikamententyps leichter anpassen lassen. Welcher Bioreaktor für eine Hybridanlage am besten geeignet ist, hängt von der Gesamtentwicklung und dem Marktumfeld des Medikaments sowie von verschiedenen Überlegungen zur Chargengröße ab. Dies gilt auch für andere Skids.

Kürzere Zeitspanne zwischen den Kampagnen

Der Wechsel zwischen Arzneimittelchargen in Einrichtungen, die Edelstahlgeräte verwenden, kann bis zu drei Wochen dauern, da verschiedene Verarbeitungsschritte zur vollständigen Dekontaminierung und Sterilisierung der Geräte erforderlich sind. Hybrid-Einrichtungen können diesen Prozess erheblich verkürzen, indem sie, wo immer möglich, schnell umrüstbare Einweggeräte einsetzen.

Insgesamt mehr Flexibilität

Der Einsatz von Geräten, die leicht zwischen der Herstellung verschiedener Biologika umgeschaltet werden können, ist in den letzten Jahren immer vorteilhafter geworden, da die Nachfrage nach Biologika rapide ansteigt und eine Verlagerung zu Behandlungen von seltenen Krankheiten, Gentherapien usw. stattfindet.

Hybride Anlagen sind auch besonders vorteilhaft für Auftragshersteller (CMOs), die die Bedürfnisse von Kunden bedienen, die verschiedene biologische Arzneimittel entwickeln, und die in der Lage sein müssen, ihre Herstellungsstrategien nach Bedarf zu ändern, um die spezifischen Bedürfnisse jedes Kunden zu erfüllen.

Schlussfolgerung

Die Entscheidung zwischen Einweg und Edelstahl ist für Biologika-Hersteller oft eine Herausforderung und hängt von der Marktnachfrage nach dem Medikament sowie von dessen kommerzieller Reife ab. Eine Hybridanlage ist eine gute Möglichkeit, die Vorteile beider Systeme zu kombinieren und eine hohe Produktionskapazität aufrechtzuerhalten, während die Vorteile der Einwegausrüstung genutzt werden.

Bei der Verwendung von Hybridanlagen für Biologika werden in der Regel Bioreaktoren aus Edelstahl für die vorgeschaltete Verarbeitung und Einweg-Skids für die nachgeschaltete Verarbeitung zur Trennung und Reinigung verwendet. Aufgrund der begrenzten Größe sind SUBs ideal für Forschungs- und Pilotstudien. Hersteller, die sich auf kommerziell erhältliche biologische Arzneimittel mit großen Märkten konzentrieren, benötigen hingegen häufig Edelstahlreaktoren, um ihren Produktionsbedarf zu decken.

Es liegt auf der Hand, dass ein hybrider Ansatz bei der Bioprozessierung von Vorteil ist, der es ermöglicht, Single-Use-Prozesse zu nutzen, wo immer dies sinnvoll ist. Wenn die Hersteller die Herstellung von Biologika vorantreiben, müssen sie sorgfältig abwägen zwischen anfänglicher Geschwindigkeit und Flexibilität und den langfristigen Kostenvorteilen und der Verarbeitung von großen Mengen.