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Biomanufacturing: Neue Impulse für die Produktion von Biopharmazeutika

Der Marktanteil der biotechnologischen Arzneimittel, der Biopharmazeutika, wächst in Deutschland kontinuierlich und liegt aktuell bei knapp 30 Prozent. Besonders in der Onkologie,  Immunologie und bei der Behandlung von Stoffwechselerkrankungen finden sie heute Anwendung.1 Das Wachstum – sowohl bei Originalprodukten als auch bei Biosimilars (biotechnologisch produzierte Nachahmerprodukte) – zeigt die Bedeutung der medizinischen Biotechnologie in der Gesundheitsversorgung und somit die Notwendigkeit der Produktions- und Liefersicherheit auf. Wir bei Amgen erforschen und produzieren die komplexen Wirkstoffe zur Behandlung schwerer Erkrankungen bereits seit über 30 Jahren. Dabei gilt die Maxime: „Every Patient, Every Time“ („Für jede Patientin und jeden Patienten, jederzeit“). Etwa ein Viertel der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter weltweit – über 5.700 Beschäftigte – arbeitet an den Produktionsstandorten über den Globus verteilt. Sie stellen eine qualitativ hochwertige Produktion sowie eine verlässliche Versorgung mit Originalpräparaten und Biosimilars sicher. „Wir setzen bei der Produktion sowohl auf unsere eigenen Werke als auch auf die von ausgewählten Partnern. Dieses Netzwerk aus qualitativ hochwertigen Produktionsstätten gibt uns die nötige Flexibilität, um sicherzustellen, dass Produkte höchster Qualität je nach Bedarf ausgeliefert werden können“, erklärt Manfred Heinzer, Geschäftsführer der Amgen GmbH.

Wie werden Biopharmazeutika hergestellt?
Im Gegensatz zu kleinen chemisch synthetisierten Wirkstoffen werden Biopharmazeutika in lebenden Zellen produziert. Mittels gentechnischer Methoden wird die Erbinformation der Zellen so verändert, dass sie das Arzneimittel in großen Mengen bilden. In über der Hälfte der Fälle werden die Biopharmazeutika in Säugetierzellen produziert, doch auch die Synthese in Bakterien und Hefen ist weit verbreitet. Bei dieser biotechnologischen Herstellung – dem Biomanufacturing – werden die Zellen üblicherweise in großen Stahltanks, sogenannten Bioreaktoren, kultiviert und geben die Wirkmoleküle nach außen hin ab. Basierend auf ihrer Größe, Molekülmasse und elektrischen Ladung werden die Moleküle anschließend isoliert. Da Biopharmazeutika den Patientinnen und Patienten meist als Injektion oder Infusion verabreicht werden, wird der reine Wirkstoff schließlich mit einer sterilen Lösung gemischt.

Die Herstellung von biotechnologischen Arzneimitteln ist komplex. Bereits kleinste Abweichungen bei der Herstellung können das Endprodukt maßgeblich verändern. Um konstante Bedingungen und eine hohe Sicherheit für Patientinnen und Patienten gewährleisten zu können, müssen jegliche Qualitätsschwankungen vermieden werden. Daher findet die Produktion in einer optimalen, kontrollierten Umgebung statt, die permanent hinsichtlich Nährstoffen, Temperatur, pH-Wert und Druck überwacht wird.

Innovationen für eine effizientere Produktion
Bioreaktoren können bis zu 20.000 Liter Zellen und Nährmedium enthalten und müssen nach jedem Herstellungsprozess gereinigt und desinfiziert werden. Dadurch nehmen diese Produktionsstätten viel Platz ein und haben einen immensen Wasserverbrauch. „Unser Ziel ist es, die klassischen Produktionsverfahren so weiterzuentwickeln, dass sie der wachsenden Bedeutung von Biopharmazeutika in der Gesundheitsversorgung gerecht werden – wir sind überzeugt, dass wir nachhaltigere und effizientere Prozesse benötigen“, sagt Manfred Heinzer. Wir bei Amgen setzen deshalb moderne Bioreaktoren ein. 2014 wurde die erste Produktionsanlage, in der diese neueste Fertigungstechnologie zur Verfügung steht, in Singapur errichtet und in den USA (Rhode Island) ist bereits eine weitere solche Anlage in Bau. Die Konstruktion der Anlage in Singapur benötigte im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsstätten weniger als die Hälfte der Zeit und ein Viertel der Kosten. Aufgrund dieser Ersparnisse und der – trotz gleichbleibender Produktionskapazität – um 75 Prozent verringerten Anlagengröße, plant Amgen zukünftig die Etablierung vieler kleiner moderner Produktionsstätten, die die lokalen Bedürfnisse der Patientinnen und Patienten decken sollen.


Biomanufacturing der Zukunft bei Amgen: Effizient und umweltfreundlich
Amgens Produktionsstätte in Singapur ist umweltfreundlicher als herkömmliche Anlagen. Im Unterschied zu den gängigen Produktionsstätten sind die neuen Anlagen modular aufgebaut, wodurch sich die Prozesse effizienter miteinander vernetzen lassen. Außerdem ist es so möglich, dass die Synthese kleiner Wirkstoffmengen, wie sie zum Beispiel für klinische Prüfungen benötigt werden, am selben Ort wie die kommerzielle Produktion stattfinden kann. Statt großer Stahltanks werden die Zellen beim modernen Biomanufacturing in kleineren Einwegsystemen kultiviert. Reinigungsprozesse werden so vermieden, was den Wasserverbrauch um 45 Prozent senken kann. Zusätzlich stößt eine Anlage, die mit der neuen Technologie ausgestattet ist, ca. 71 Prozent weniger CO2 aus und verbraucht ungefähr 71 Prozent weniger Energie.

Referenzen
1.    Biotech-Report „Medizinische Biotechnologie in Deutschland 2020“, Boston Consulting Group, vfa bio – Verband Forschender Arzneimittelhersteller e.V.

27.05.2021


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