Single-Use-Separatorsystem für die Biopharma-Produktion

Biopharmazeutika nehmen in der modernen Arzneimittelherstellung einen immer höheren Stellenwert ein. Für die Produktion der Zielproteine werden unter anderem tierische Zelllinien verwendet, deren Verarbeitung sich in einen sogenannten Upstream- und den darauffolgenden Downstream-Prozess unterteilen lässt. Upstream-Processing beschreibt sämtliche Schritte zur Anzucht und Vermehrung der Zellkulturen im Bioreaktor bzw. Fermenter, bis der anvisierte Produktionsmaßstab erreicht ist. Der Übergang zum Downstream-Processing beginnt mit der Zellernte. Diese Downstream-Aufbereitung der Fermentationsbrühe verursacht oftmals deutlich über die Hälfte der Gesamtproduktionskosten.

Bild: Alfa Laval

Schonende Verarbeitung senkt Kosten

Produktqualität, Prozessausbeute und Aufwand für die anschließende Aufreinigung werden vor allem durch den Ablauf der Zellernte beeinflusst. Hierbei werden Klarphase und Säugerzellen mit einer Zentrifuge von-einander getrennt. Die große Herausforderung besteht darin, die scherempfindlichen Zellen in der Fermentationsbrühe möglichst sauber und intakt vom Produkt abzutrennen. Aus der geklärten Flüssigkeit können im weiteren Prozess die Zielproteine für die angestrebten Wirkstoffe gewonnen werden. Werden die abzutrennenden 10 bis 20 µm großen Zellen zerstört, kommt es hingegen zu einer Verunreinigung durch intrazelluläre Proteine. Die Folge sind hohe Aufarbeitungskosten und eine geringere Qualität. Neben einer schonenden Behandlung ist es wichtig, Lufteinschlüsse zu vermeiden, da die Fermentationsbrühe zur Schaumbildung neigt, wodurch wiederum die Schergefahr steigt.

Traditionell werden bei der Ernte von Zellkulturen bewährte Zentrifugentechnologien im großen Maßstab verwendet. Diese Einheiten bieten eine effiziente und zuverlässige Trennleistung mit erhöhter Ausbeute, sind aber oft für wesentlich höhere Kapazitäten und eine größere Infrastruktur ausgelegt. Zur Verhinderung von Kreuzkontaminationen müssen die Zentrifugen nach jedem Batch zeitaufwendig mit Chemikalien gereinigt und anschließend sterilisiert werden. Kontinuierliche Fortschritte in der medizinischen Forschung führen allerdings dazu, dass die Zahl der entwickelten Wirkstoffe stetig steigt. Die damit hergestellten Arzneimittel sind jedoch nur selten sogenannte Blockbuster, die wie Wirkstoffe gegen Diabetes in besonders großen Mengen benötigt werden. Die Vielzahl an vergleichsweise wenig nachgefragten Arzneien führt zur Verarbeitung von immer mehr und immer kleineren Batches. Hinzu kommt, dass verschiedene Zellkulturen nacheinander verarbeitet werden.

Flexibilität durch Single-Use

Um diesen gewandelten Marktanforderungen gerecht zu werden, hat Alfa Laval die Single-Use-Zentrifuge Typ Culture One entwickelt, bei der alle produktberührenden Teile aus Kunststoff gefertigt sind. Denn während heutige Zellverarbeitungsanlagen fast vollständig aus Plastik bestehen, gab es die Tellerzentrifuge bisher nicht in einem Einwegformat. Die Folge war eine ineffiziente Trennung mit minderwertigen und inkonsistenten Ergebnissen. Die Single-Use-Zentrifuge erleichtert der biopharmazeutischen Industrie die Planung und den Bau neuer Anlagen und ermöglicht eine größere Flexibilität, um schneller mit ihrem Produkt auf den Markt zu kommen. Ohne die Notwendigkeit einer Reinigung und Sterilisation vor Ort wird die Systemdurchlaufzeit erheblich verbessert und eine Kreuzkontamination zwischen Produktionschargen ausgeschlossen. Auch der Bedarf an Chemikalien, Wasser und Energie im Zusammenhang mit CIP und SIP entfällt.

Die Trommelgröße der Zentrifuge ist für Batchgrößen bis zu 500 l ausgelegt, bei denen der Separator 5.200 U/Min erreicht. Die verbaute Trenntechnologie Spinsert umfasst alle Elemente des Tellerpaketes sowie sämtliche Verbindungsschläuche und Einweginstrumente. Diese Assemblies werden sterilisiert und gebrauchsfertig nach allen geltenden Industriestandards für die GMP-Produktion geliefert. Nur die im Spinsert enthaltenen Komponenten sind aus recycelbarem Material gefertigt und werden nach jedem Gebrauch ausgetauscht. Um die Anforderungen der pharmazeutischen Industrie zu erfüllen, stellt der Anbieter auch alle weiteren produktfremden Kontaktkomponenten des Systems sowie Mehrzweckinstrumente und Automatisierung selbst her.

Wie die Produktreihe Culturefuge basiert auch Culture One auf einem vollständig hermetischen

Designkonzept für die schonende Behandlung von Zellkulturen. Ausgehend von der bewährten Technologie der größeren Modelle aus Edelstahl war es das Ziel der Entwickler, ein Separatorensystem für die biopharmazeutische Einwegverarbeitung zu entwickeln, das die gleiche hohe Leistung bietet. Darüber hinaus stellt der Ansatz die sterile Behandlung des Systems sicher und verhindert eine Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche im Separator. Hierzu wird die Fermentationsbrühe nicht wie sonst üblich von oben, sondern über einen hermetischen Zulauf von unten in die Zentrifuge geleitet. Die Luft im Inneren kann über den Auslauf entweichen und die Zentrifuge komplett gefüllt werden. Da das System skalierbar ist, können Anwender in der Kleinanlage Testreihen durchführen und später auf die großen Culturefuge-Anlagen umsteigen.