Entscheider-Facts
- Automatisierung und Einsatz von Robotertechnologien spielen eine wachsende Rolle in der biopharmazeitischen Produktion. Roboter gestalten die Produktion flexibler, zuverlässiger und sicherer.
- Insbesondere für die Produktion von Biotherapien in der personalisierten Medizin ermöglichen die eingesetzten Roboter mehr Effizienz und Nachhaltigkeit.
- Robotik kann die Industrialisierung und Skalierung der Bioproduktion bei Einhaltung der hohen Qualitätsstandards unterstützen und somit deren Wirtschaftlichkeit steigern.
Der Begriff „Biotherapien“ bezieht sich im weitesten Sinne auf Arzneimittel, einschließlich Biopharmazeutika, die aus biologischen Quellen wie Bakterien oder tierischen Zellen hergestellt werden. Rekombinante Proteine, Impfstoffe und monoklonale Antikörper gehören zu den wichtigsten Produkten. Biotherapien können auch das Ergebnis einer Gentherapie, bei der genetisches Material eingefügt wird oder Ergebnis einer Zelltherapie sein, bei der gesunde Zellen transplantiert werden oder einer Gewebetherapie.
Die Herstellung von Biopharmazeutika erfordert oft das Modifizieren genetischen Erbguts von Zellen und deren Kultivierung in großen Bioreaktoren während der vorgelagerten Produktion. Die Zellen vermehren sich und produzieren das gewünschte Protein, das dann extrahiert und gereinigt wird. Die erste klinische Studie wurde 1989 gestartet; einen ersten wirklichen Erfolg verzeichnete man jedoch erst im Jahr 2000 im Vereinigten Königreich.
Biotherapien sind ein großer Durchbruch für die öffentliche Gesundheit und eignen sich besonders für die Behandlung chronischer Krankheiten wie Krebs. Die Techniken und Technologien der Biotherapie spielen auch in der personalisierten Medizin eine zentrale Rolle.
In dem Maße, wie sich die Erkenntnis durchsetzt, dass ein bestimmtes Medikament – selbst in der gleichen Dosierung – nicht für jeden Patienten geeignet ist, ist die Nachfrage nach personalisierter Medizin ungebrochen.
Der Bereich der Bioproduktion umfasst alle komplexen Prozesse und Biotechnologien, die zur Herstellung von Biopharmazeutika unter optimalen sterilen Bedingungen beitragen. Es versteht sich von selbst, dass Maßnahmen zur Qualitätskontrolle hier von entscheidender Bedeutung sind. Auch wenn die Märkte die Hersteller von Biopharmazeutika drängen, Produktionszeiten zu minimieren und die Ausbeute zu steigern, dürfen Sicherheit und Wirksamkeit nicht beeinträchtigt werden.
Bekannte Prozesse, neue Trends
Im Bemühen, diesen Anforderungen gerecht zu werden, nimmt Automatisierung eine Schlüsselposition ein. Mit Blick auf den Boom bei Biotherapien und die ständig wachsenden Erwartungen an eine stärker personalisierte Medizin, sind innovative Robotertechnologien im Begriff, die Zukunft der Bioproduktion zu gestalten und sie flexibler, zuverlässiger und sicherer zu machen. So wurde etwa der Puma-Roboter im Jahr 1993 im Zellkultursystem Cellmate für die Produktion von Biotech-Medikamenten eingesetzt.
Der Prozess der Herstellung von Generika ist allgemein bekannt. Den Prozess zur Herstellung von personalisierter Medizin, insbesondere von ATMPs (Arzneimittel für neuartige Therapien), halten Pharmaunternehmen jedoch geheim. Das macht die Unterstützung in der Industrialisierung besonders herausfordernd. Die fehlende Transparenz wirkt sich auf die Zulieferer aus.
als Kernelemente zum Management von Prozessen der Zell- und Gentherapie müssen verallgemeinernd betrachtet werden, da man nicht weiß, welche Aufgaben ihnen zugeschrieben werden.
Dabei gibt es zahlreiche Möglichkeiten für die Roboterautomatisierung in der personalisierten Medizin und der Biotherapieproduktion. Bei der personalisierten Medizin handelt es sich naturgemäß um die Produktion von Kleinserien oder sogar Einzelserien. Vorgelagert ist das spezifische „Management des Prozesses“. Die Konditionierung, die sich schließlich den generischen Prozessen annähert, ist nachgelagert. Der Druck auf die Maschinenbauer, eine effiziente und kommerziell nachhaltige Produktion kleiner Chargen zu ermöglichen, hat dazu geführt, dass Roboterarme benötigt werden, mit denen man flexibel in einem kleinen Isolator arbeiten kann.
Die Rolle des Roboters verändert sich: Er wird nicht mehr nur für eine einzige Aufgabe eingesetzt. Obwohl der Arbeitsbereich begrenzt ist, steht er jetzt im Zen-trum der Produktion und steuert alle Vorgänge. Der Trend zu Kleinserienanlagen dürfte sich in Zukunft – mit Kleinserienprüfmaschinen und Kleinserienverpackungsmaschinen – bis in den Logistikbereich fortsetzen. Roboter beweisen ihre Anpassungsfähigkeit, vorausgesetzt ihre Stellfläche ist klein und sie sind flexibel genug, um jedes Produkt zu handhaben. Der Einsatz von Roboter-Werkzeugwechslern in pharmazeutischen Anwendungen bietet hier erhebliche Vorteile, da diese das Aufgabenspektrum des einzelnen Roboters erheblich erweitern.
Sicherung der Produktion bei Skalierung
Die Herstellung eines Medikaments für einen einzigen Patienten ist mit hohen Kosten verbunden. Die pharmazeutische Industrie kommt jetzt an einen Punkt der Industrialisierung, an dem die Skalierung durch die parallele Produktion von Chargen maßgeblich ist. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es mehrere Möglichkeiten.
Ein Ansatz fokussiert die Verringerung des Platzbedarfes von Roboterzellen und die Erhöhung der – innerhalb einer Produktionslinie eingesetzten – Menge an Roboterzellen. Eine andere Möglichkeit ist, die Roboter zu vergrößern und die skalierte Produktion auf den Bereich um den Roboter herum zu beschränken. Hier würde sich jetzt die Anzahl der Stationen für das „Management der Zell- und Gentherapie“ vervielfachen.
In einem weiteren Szenario werden die Roboter in einer Reihe aufgestellt, wie in der konventionellen Industrieproduktion. Oder derselbe Roboter arbeitet auf einer siebten Achse als Teil eines linearen Transfersystems und maximiert so seine Fähigkeiten. Diese Lösung befindet sich in der Entwicklung, da es derzeit keine mobile Lösung für die Anwendung in pharmazeutischen Reinräumen gibt. Sollte jedoch ein reinigungsfähiges und Klasse-A-kompatibles fahrerloses Transportsystem (FTS/AGV) oder ein mobiler Roboter auf den Markt kommen, würde es zweifelsfrei schnell in diesem Segment integriert werden. Auf diesem Weg ließe sich eine Verbindung zwischen vor- und nachgelagerten Prozessen schaffen und damit unendliche Möglichkeiten zur Steigerung der Produktion in Klasse A/B Umgebungen.
Wird die Produktion hochgefahren und die Herstellungszeit von mehreren Wochen betrachtet, nimmt der potenzielle Verlust von Chargen aufgrund von Kreuzkontaminationen zu. Das Risiko, große Produktmengen zu verlieren und damit enorme Kosten zu verursachen, rechtfertigen die Herstellung von Biotherapeutika in gesicherten und überwachten Umgebungen. Sie ähneln den in der Vergangenheit verwendeten Containment-Ausrüstungen. Die Auswirkungen des überarbeiteten GMP-Anhangs 1, die sich derzeit bei der Herstellung von Generika beobachten lassen, werden insgesamt zu strengeren Strategien zur Kontaminationskontrolle in Bezug auf das Hygienedesign und die Reinigbarkeit der Anlagen führen. Hersteller von ATMPs werden dieselben Regeln zum Schutz der Produktion haben.
Roboter in der Produktion von personalisierter Medizin (einschließlich Biotherapien und ATMPs) müssen den GMP-Standards entsprechen und FDA-konforme Materialien verwenden, um das Vertrauen der Patienten und Patientinnen zu haben. Nicht spezialisierte Unternehmen aus der Robotik-Industrie erleben gerade die Anfänge der Biotechnologie. Klar ist schon heute, dass diese parallele Methode der Arzneimittelentwicklung mehr Roboter in die Produktion bringen wird.
Achema, Halle 3.1 – J72