Bio-Campus Frankfurt Biologika-Produktion: Warum das Hochskalieren eine Herausforderung ist

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Ob sich ein biologischer Wirkstoff in größeren Mengen herstellen lässt, entscheidet sich an vielen einzelnen Prozessschritten. Am Bio-Campus Frankfurt prüft ein Team von Sanofi in einer Pilotanlage, wie sich Laborverfahren skalieren lassen und wo Anpassungen für die spätere Produktion nötig sind.

Ein neuer Wirkstoffkandidat kann im Labor vielversprechend aussehen, doch er muss sich auch in einem industriellen Maßstab herstellen lassen. Enzyme können unvorhergesehen reagieren, Prozessschritte zu aufwendig sein oder eine praktikable Lagerung unmöglich. Damit innovative Therapien Patient*innen erreichen können, braucht es Fachpersonen, die Prozesse prüfen und optimieren, damit aus einem Wirkstoffkandidaten ein reales Medikament werden kann. Das ist unter anderem die Aufgabe von Eva Jungbluth: Am Bio-Campus in Frankfurt arbeitet sie an der Schnittstelle zwischen Forschung und Produktion und stellt sicher, dass Biologika den Sprung in die industrielle Fertigung schaffen.

Die Biotechnologin leitet am Bio-Campus ein Laborteam in der Forschung und Entwicklung im Bereich Downstream Processing der Mikrobiellen Plattform, also in der Gewinnung und Aufreinigung von biologisch hergestellten Arzneimittelwirkstoffen. „Über unsere Pilotanlage nehmen wir eine wichtige Brückenfunktion ein: Wir sind das Bindeglied zwischen unseren Kolleg*innen in der Entwicklungslaboren und den Produktionsanlagen für die klinische Prüfware“, erklärt Eva Jungbluth.

Ihr Team im Bereich Bioprocess Engineering arbeitet in einer technischen Pilotanlage, also einer Art Testanlage für die Produktion von Wirkstoffen für klinische Studien, der sogenannten klinischen Prüfware.

„Unsere zentrale Aufgabe ist das Hochskalieren aus dem Labormaßstab. Dabei identifizieren wir frühzeitig Herausforderungen, bevor die Prozesse von unseren Kolleg*innen in der Produktion angewendet werden“, erläutert Jungbluth. „Das ist entscheidend, denn was im Labor funktioniert, muss nicht automatisch im großen Maßstab funktionieren.“

Biopharmazeutika

KI unterstützt die Biologika-Forschung bei Sanofi

Als Laborleiterin nutzt Eva Jungbluth bei Sanofi ihre umfassende praktische Erfahrung in den verschiedenen Prozessen. Ihr akademischer Weg dahin verlief dual: Parallel zur Ausbildung als Chemielaborantin am Bio-Campus absolvierte sie einen Bachelor in Chemical Engineering, später folgte berufsbegleitend ein Master in industrieller Biotechnologie.

Biologika verlangen besondere Sorgfalt beim Scale-up

In dem übergeordneten Entwicklungsbereich bei Sanofi, zu der Eva Jungbluth und ihr Team gehören, erfolgen alle Aktivitäten, die nötig sind, um ein im Labor erforschtes Molekül in ein industriell herstellbares Medikament zu verwandeln.

„Wir arbeiten an innovativen Biologika“, sagt die Biotechnologin. „Wir generieren Materialmengen für diverse Studien, Analysenmethoden- sowie die weitere Laborentwicklung und bewerten auch, wie sich die einzelnen Prozessstufen beim Scale-up verhalten. Denn die Ausweitung hin zu größeren Produktionsmengen ist ein kritischer Schritt zwischen dem, was im Labor funktioniert, und dem, was später in der Produktion läuft.“

Die Herausforderung dabei: Ein Biologikum – etwa ein Antikörper Molekül – wird von lebenden Zellen produziert. Anders als bei chemisch synthetisierten Wirkstoffen entstehen dabei komplexe Moleküle, deren Herstellung äußerst empfindlich auf Veränderungen reagiert.

„Für uns heißt das, dass wir die Prozesse aus dem Labor verstehen müssen, um sie auf größere Mengen hochzufahren. Wir müssen dabei analysieren, welche Schritte sich als problematisch erweisen könnten“, erläutert sie. „Diese Bewertung hilft dabei, früh zu erkennen, wo Anpassungen nötig sind.“

Die Herstellungsprozesse müssen dabei mehreren Anforderungen gleichzeitig genügen: Sie müssen hochproduktiv sein, und robust sein sowie über die gesamte Haltbarkeitsdauer stabil bleiben. Das ist eine besondere Herausforderung bei biologischen Molekülen, die empfindlicher sind als chemische Wirkstoffe.

Digitale Werkzeuge unterstützen diese Arbeit zunehmend. Erst die lückenlose Dokumentation jedes Produktionsschritts macht Geräte sowie Rohstoffe nachverfolgbar und ermöglicht automatisierte Berechnungen. Beispielsweise nutzt das Team Prozesssimulationstools für die Chargen-Planung, die Rohstoffbedarfe automatisch berechnen und Auswirkungen von Prozessänderungen entsprechend schnell darstellen können.

End-to-End-Ansatz beschleunigt die Medikamentenentwicklung

Der End-to-End-Ansatz am Bio-Campus – die Integration aller Entwicklungsschritte von der frühen Forschung bis zum fertigen Arzneimittel an einem Standort – prägt den Arbeitsalltag von Jungbluths Team maßgeblich. Sie arbeiten eng mit den Kollegen zusammen, die mit Mikroorganismen die Wirkstoffe herstellen. Ebenso intensiv ist der Austausch mit der nachgelagerten Produktion.

KI für bessere Arzneimittelforschung

Virtuelle Patienten, simulierte Studien und selbstlernendes Moleküldesign

„Der End-to-End-Ansatz macht die Wirkung der eigenen Arbeit viel sichtbarer und das ist unglaublich motivierend“, erzählt sie. „Durch die enge Zusammenarbeit und Kommunikation mit anderen Teams bekommt man die Erfolge und auch die Herausforderungen der Projekte mit, selbst wenn sie die eigene Abteilung bereits verlassen haben. Man sieht, wie der eigene Beitrag im großen Ganzen wirkt.“

Für Patienten bedeutet diese integrierte Arbeitsweise: Problemlösungen werden schneller gefunden und der Entwicklungsprozess insgesamt beschleunigt. Jeder optimierte Prozessschritt und jede frühzeitig identifizierte Scale-up-Herausforderung spart Zeit auf dem Weg vom Labor zur Zulassung.

„Das ist für mich der eigentliche Antrieb – zu wissen, dass jeder verbesserte Prozessschritt, jedes Gramm Wirkstoff, das wir herstellen, am Ende einen realen Unterschied für einen Patienten machen kann,“ sagt Jungbluth.

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