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Meilenstein Bioprozesstechnik

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Sartorius

Meilenstein Bioprozesstechnik Partner der Biopharmazie

Autor: Anke Geipel-Kern

Sartorius bietet Technologien für jede Phase der biopharmazeutischen Wertschöpfungskette – Das Unternehmen hat die Potenziale der Biopharmazie bereits früh erkannt und sein Produkt- und Serviceportfolio konsequent auf die Anforderungen der Branche ausgerichtet. Heute präsentiert sich Sartorius als innovativer Lösungsanbieter der biopharmazeutischen Forschung und Industrie.

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Die Herstellung neuartiger Membranfilter legte den Grundstein für die heutige Bioprozess-Technik von 
Sartorius.
Die Herstellung neuartiger Membranfilter legte den Grundstein für die heutige Bioprozess-Technik von 
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(Bild: Sartorius)

Auch große Unternehmen fangen einmal klein an – mit einem Menschen, den Pioniergeist und eine Idee antreiben. So startet auch die Geschichte des Global Players Sartorius vor 150 Jahren. Als Florenz Sartorius in Göttingen 1870 den Grundstein für ein Unternehmen legt, das sich schnell zu einer „Fabrik wissenschaftlicher Instrumente und Apparate“ entwickelte, hat er ehrgeizige Pläne – und mehr als genug Power, diese zu verwirklichen.

Visionen und Pioniergeist treiben die Entwicklung von Sartorius bis heute. Mehr als 9000 Mitarbeiter an 60 Standorten engagieren sich mittlerweile dafür, dass mit den innovativen Tools und Technologien des Life Science- und Biotech-Unternehmens neue Medikamente schneller entwickelt und effizienter produziert werden können.

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Innovationsschmiede Göttinger Universität

Doch kehren wir zurück in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts und an die Göttinger Universität. Als Georgia Augusta genießt sie Weltruf und versammelt Koryphäen wie Gauß, Wöhler und Weber. Die Universität ist nicht nur Ort der Forschung und Gelehrsamkeit, sondern auch Auftraggeber für mechanische Werkstätten. Vor allem die Laboratorien der Chemiker brauchen Präzisionsinstrumente wie Thermometer, Waagen und vieles mehr und werden zum Grundstock einiger florierender feinmechanischer Betriebe. Bei einem von ihnen – dem Universitätsmechanikus Wilhelm Apel – lernt Florenz Sartorius sein Handwerk als Feinmechaniker und tritt damit in die Fußstapfen seines Vaters.

Heute würde man bei dem inspirierenden Göttinger Umfeld von einem Innovationscluster sprechen und das junge Unternehmen Sartorius als Start-up bezeichnen. Denn nach seinen Lehr- und Wanderjahren übernimmt Sartorius in der Göttinger Innenstadt ein Ladengeschäft mit Werkstätten, die er ständig ausbaut, um an der Weiterentwicklung kurzarmiger Analysenwaagen zu tüfteln. Sein Ziel: Er will den Zeitaufwand für wissenschaftlich präzise Messungen auf ein Minimum reduzieren und somit am damaligen Chemie-Boom teilhaben.

Dabei beweist er großes unternehmerisches Geschick. Der viel gereiste junge Mann erkennt schnell, dass seine neue Waagentechnik nur erfolgreich sein wird, wenn er seinen Kunden einen echten Mehrwert zu bezahlbaren Preisen bietet. Um das zu verwirklichen, setzt er auf Arbeitsteilung, moderne Gaskraftmaschinen und gut ausgebildete Arbeiter.

Neue Technologien beflügeln das Geschäft

Und Sartorius hält weiter nach neuen Technologien Ausschau. In den 1890er-Jahren wird er, wahrscheinlich während internationaler Ausstellungen, auf Brutschränke für die Geflügelzucht aufmerksam. Er entwickelt eine hochpräzise Temperaturregelung, die konstante Bruttemperaturen ermöglicht. Schnell erkennt er deren weiteres Potenzial und konstruiert kurze Zeit später Wärmeschränke für die Kultur von Bakterien.

Diese wurden in den damals entstehenden hygienischen Instituten eingesetzt und entwickelten sich zu einem lukrativen Geschäftszweig. Dass ausgerechnet diese Wärmekästen einmal so etwas wie eine Keimzelle für künftige biotechnologische Anwendungen werden würden, hat vermutlich nicht einmal der Erfinder selbst erwartet. Auch wenn bereits Bakterienstämme kultiviert wurden – moderne Biotechnologie und gentechnisch erzeugte Medikamente liegen 1890 noch in weiter Ferne.

Membranfilter begründen das Bioprozess-Geschäft

Die tatsächliche Grundlage des heutigen Bioprozess-Geschäftes legt die Entwicklung neuartiger synthetischer Filter: der Membran­filter. Erfinder des neuen Filterverfahrens sind der Chemienobelpreisträger Richard Zsigmondy und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Wilhelm Bachmann. Beide betreiben damals an der Göttinger Universität Kolloidchemie und entwickeln die Filter für die Separation der winzigen Teilchen. Die Membranfiltration gilt vielen als bahnbrechende Erfindung. Die Wissenschaftler können dadurch hitzeempfindliche Lösungen von Mikroorganismen befreien.

Wissenschaft, Industrie und Hygiene­institute erkennen schnell das Potenzial der neuen Filtertechnik. Unter Beteiligung von Staat und Wirtschaft gründet sich 1927 die Membranfiltergesellschaft mbH. Zsigmondy bringt seine Patente ein und wird wissenschaftlicher Leiter. Ist zunächst die weitere Erforschung der Membranfil­tration das Ziel, kommt der Verkauf der Filter in Schwung, als Sartorius, bislang nur Teilhaber, die Gesellschaft vollständig übernimmt.

Durchbruch für die Membranfiltertechnik

Entscheidenden Anteil an der erfolgreichen Entwickung der Gesellschaft hat die 1945 neu gegründete bakteriologische Abteilung unter der Leitung der Chemikerin Adelaide  Beling. Die Abteilung stößt den Wechsel von Feucht- zu Trockenfiltern an und erschließt neue Anwendungsgebiete z.B. in Brauereien, Milchbetrieben oder bei der Trinkwasseranalyse. Auch die Entwicklung neuartiger Nährkartons zur Keimzahlbestimmung ist ihr Verdienst. Künftig werden die Nährkartonscheiben in Kombination mit den Membranfiltern in sterilen Verpackungen geliefert und stehen den Kunden gebrauchs­fertig zur Verfügung.

Sartorius investiert in den 1950er-­Jahren viel Forschungsaufwand in die wissenschaftlichen Grundlagen der Membrantechnik. Die Entwickler lernen, den Zusammenhang zwischen Struktur, Porenfeinheit und Filtrationsmechanismen besser zu verstehen. In der Folge vervielfacht sich die Zahl der Anwendungen und Filtertypen: Es kommen weitere Anwendungen in der Lebensmittelindustrie hinzu und die ersten Metalldruckfiltrationsgeräte zur Ultrafiltration werden entwickelt. 1969 wird das erste Plate and Frame-­Crossflow-Ultrafiltrationssystem für größere Volumina eingeführt. Diese Technik erschließt vor allem neue Möglichkeiten in der Molekularbiologie und der Pharmaproduktion, da selbst kleinste schädliche Moleküle oder Viren aus Lösungen entfernt werden können.

Weiterentwicklungen sorgen für einen Innovationsschub

Für einen Innovationsschub sorgt in den 1970er-Jahren eine Reihe von Weiterentwicklungen im Bereich der Filterkerzen, die bis heute zum Standard gehören: Die Plissierung der Membranen vervielfacht die Filterfläche bei gleichzeitig kompakter Bauweise der Kerzen. Ihre Skalierbarkeit erlaubt Kunden einen flexibleren Ein- satz. Das Bubble Point-Testverfahren ermöglicht ab 1976 schließlich eine zuverlässige Funktionsprüfung.

1978 stellt das Unternehmen Minisart vor, den ersten Einwegfilter, und nimmt damit den Trend zum Gebrauch von Einwegprodukten (Single-use) vorweg, der sich einige Jahre später in der biopharmazeutischen Produktion zu etablieren beginnt.

Da Sartorius-Filter auch international immer stärker nachgefragt werden expandiert das Unternehmen: 1982 wird ein Werk zur Herstellung von Membranfiltern in Puerto Rico eröffnet – damals die erste Produktionsstätte außerhalb Deutschlands. In den nächsten Jahren entsteht ein weltweites Netzwerk, das heute Standorte in 60 Ländern umfasst, davon 22 Produktionsstätten.

Richtungsweisende Entscheidung: Biopharma

Mitte der 1990er-Jahre, Sartorius ist inzwischen börsennotiert, fällt eine wegweisende Entscheidung: Die Unternehmensspitze beschließt, sich auf die damals noch junge Biopharma-Industrie zu konzentrieren und schlägt damit eine Richtung ein, die sich, im Nachhinein betrachtet, als goldrichtig erweist.

1982 hat Eli Lilly das erste Mal Humaninsulin mit gentechnisch veränderten Coli-­Bakterien im Fermenter hergestellt, gerade einmal sechs Jahre später kommt in Deutschland der erste monoklonale Antikörper auf den Markt: Muromonab, zur Therapie akuter Transplantatabstoßungen.

Damit beginnt ein technologischer Boom, den Sartorius als strategischer Partner der biopharmazeutischen Forschung und Industrie mittlerweile entscheidend mitgestaltet. Dank weiterentwickelter Therapieansätze und neuartiger Gentherapien ist die Branche heute auf der Überholspur, was die folgenden Zahlen verdeutlichen: 2018 waren sieben der zehn weltweit meistverkauften Medikamente Biologika, bei den Neuzulassungen in den USA entfiel im selben Jahr bereits rund ein Drittel auf biotechnologisch hergestellte Wirkstoffe.

Für die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Sartorius bedeutet die neue Strategie: volle Konzentration auf Biopharma. Das Unternehmen gibt sich eine klare Wachstumsstrategie und baut sein Produkt- und Technologieportfolio für das Up- und Down­stream-Processing konsequent aus. Neben dem organischen Wachstum des Unternehmens tragen in den folgenden zweieinhalb Jahrzehnten auch eine Vielzahl von Kooperationen und Akquisitionen dazu bei, dass sich Sartorius zu einem erfolgreichen, marktführenden Komplettanbieter für die biopharmazeutische Industrie entwickelt.

Akquisitionen erweitern das Portfolio

Der erste große Coup erfolgt im Jahr 2000 mit der Akquisition von B. Braun Biotech International. Während man bislang auf Filtrationsanwendungen spezialisiert war, kommt mit dem Kauf der zentrale Prozessschritt der Zellkultur/Fermentation sowie viel Know-how im Systemgeschäft und Engineering hinzu.

Strategisches Innovationsmanagement wird für Sartorius ein Schlüssel zum Erfolg: Immer den Anwender im Blick, geht es vor allem darum, vorhandene Prozesslösungen zu verbessern sowie die Potenziale neuer Technologien früh zu erkennen und diese zu integrieren.

Im Jahr 2006 folgt eine Kooperation mit dem Schweizer Techno­logieunternehmen Wave Biotech AG, die später in eine Akquisition mündet. Mit den Bioreaktoren des Unternehmens, die auf einem welleninduzierten Agitationsprinzip beruhen, kann Sartorius sein Portfolio im Bereich der Zellkultur um eine weitere interessante Technologie ausbauen.

Stedim Biosystems wird zur wichtigsten Transaktion der Unternehmensgeschichte

Als sehr bedeutender Meilenstein der Unternehmensgeschichte erweist sich im Jahr 2007 die Trans­aktion des französischen Unternehmens Stedim Biosystems, dem Erfinder von Einwegbeuteln für biopharmazeutische Anwendungen. Deren Produktpalette umfasst im Wesentlichen zwei- und dreidimensionale, größenskalierte Einwegbeutel (Single-use-Bags) für den Transport pharmazeutischer Medien. Hinzu kommen sterile Konnektoren sowie Freeze and Thaw-Lösungen für eine dauerhafte Medienlagerung. Mit der Aufnahme dieser Einweg-Bags war es nunmehr möglich, Kunden assemblierte Einwegprodukte anzubieten. Zugleich wurde mit dem Know-how im Bereich der Verarbeitung von Kunststofffilmen der Weg für die Entwicklung skalierbarer Einweg-­Bioreaktoren bereitet, wie etwa dem Biostat STR, dessen Modelle vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab reichen. Die dreidimensionalen Bags bilden das Kernstück dieses Systems und sind mit umfassender Sensorik ausgestattet.

Von der kurzarmigen Analysenwaage zum innovativen Lösungsanbieter der Biopharmaindustrie
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Biotechnologie treibt die Geschäftsentwicklung voran

Die Biotechnologie erweist sich immer mehr als Treiber des Geschäfts. In der jüngeren Geschichte des Unternehmens reiht sich ein Höhepunkt an den anderen: Im Jahr 2009 geht im indischen Bangalore ein neues Werk an den Start, in dem u.a. Bioreaktoren und weiteres Equipment für Pharmakunden gefertigt werden. Nachdem man bereits im Jahr 2001 in Göttingen die Kapazitäten zur Filterherstellung massiv erweitert hatte, wird 2011 mit dem Bau eines neuen Gebäudes begonnen um zusätzliche Kapazitäten für die Membranfertigung zu schaffen. Neben neuen Ziehmaschinen umfasst die Investition auch die Aufrüstung bestehender Anlagen.

Schlag auf Schlag geht es 2012 weiter: Der Standort in Yauco, Puerto Rico wird ausgebaut und damit die lokalen Kapazitäten zur Herstellung von Mem­branfiltern und Einwegbeuteln erhöht. In Guxhagen entsteht eine neue Produktionsstätte für Bioreaktoren und weiteres Prozess­equipment. Zudem wird mit dem Life Science-Konzern Lonza eine Kooperation im Bereich von Zellkulturmedien geschlossen.

Die wirtschaftlich erfolgreiche Entwicklung von Sartorius schlägt sich im gleichen Jahr auch an anderer Stelle nieder: Das Unternehmen wird in den TecDAX aufgenommen, den Aktien-Leitindex der größten deutschen Technologiewerte.

Auf dem Weg zum Komplettanbieter

Auch die Abrundung des Portfolios schreitet voran, das Ziel des „Total Solution Provider“ stets im Fokus. Mit dem Kauf von TAP Biosystems 2013 vervollständigt man das Angebot um kleinvolumige Bioreaktoren. Die vollautomatisierten ambr-Systeme erlauben eine Vielzahl von Experimenten parallel durchzuführen. Damit unterstützt Sartorius seine Kunden in der Forschung und Entwicklung bei einer der größten Herausforderungen: die Zeit bis zur Marktreife eines neuen Wirkstoffes zu verkürzen.

Noch dauert es etwa zehn bis zwölf Jahre bis ein neues Therapeutikum entwickelt ist, und bislang schafft es durchschnittlich nur einer von 10 000 potenziellen Wirkstoff-Kandidaten auf den Markt.

Um Kunden noch mehr Service bieten zu können, wird im Jahr 2015 das schottische Unternehmen Bio Outsource erworben, deren Tests nicht nur bei der Entwicklung von Wirkstoffen, sondern auch in späteren Produktions- und Freigabeprozessen eingesetzt werden. Auch die Akquisition von Cellca, Spezialist für Zellkulturmedien und Zelllinienentwicklung, im gleichen Jahr zahlt auf die Prozess­entwicklung ein.

Ebenso wie der Erwerb des Start-ups kSep Systems, das vollautomatische Einweg-Zentrifugationssysteme entwickelt, die zur Herstellung von Biopharmazeutika wie Impfstoffen, zellbasierten Therapeutika und monoklonalen Antikörpern eingesetzt werden.

Zukunftstechnologien im Visier

Zudem nimmt Sartorius bioanalytische Forschung und Molekülentwicklung im Labor stärker in den Blick und übernimmt 2017 die Unternehmen Essen Bio Science und Intellicyt, deren Zellanalytik-Systeme essentiell für die Erforschung neuer medizinischer Wirkstoffe sind. In das Jahr 2017 fällt ebenfalls der Kauf des schwedischen Datenanalyse-Spezialisten Umetrics, mit dem sich der Konzern wichtiges Know-how zur Modellierung und Optimierung biopharmazeutischer Entwicklungs- und Produktionsprozesse sichert. Dass Sartorius auch den Zukunftsmarkt Advanced Therapies avisiert, belegt der mehrheitliche Erwerb der israelischen Firma Biological Industries. Das Unternehmen erhält dadurch Zugang zur Produktion von Medien für die klassische Produktion sowie für die Herstellung von Zelltherapeutika. Das jüngste Highlight – die Übernahme ausgewählter Geschäfte von Danaher Life Science – ist erst einige Monate her und ergänzt das Portfolio gleich in mehrfacher Hinsicht. Die Geräte zur Proteinanalyse, Bio­sensoren und Reagenzien für die Wirkstoffforschung sollen in den Bereich Bioanalytik eingegliedert werden. Hinzu kommen Chromatographie-Systeme und -Gele, mit denen das Technologie-Angebot im Bereich des Downstream-Processings gestärkt wird.

Erfolgsgeschichte mit großer Zukunft

Im Jubiläumsjahr 2020 tritt Sartorius mit einem neuen Erscheinungsbild und dem Claim „Simplifying Progress“ auf und trägt auch damit seiner dynamischen Entwicklung Rechnung. Wie viel Potenzial die Wachstumsgeschichte Sartorius noch hat, verdeutlichen die ehrgeizigen Wachstumsziele: Bis 2025 will das Unternehmen seinen Umsatz von rund 1,8 Milliarden Euro (2019) auf 4,0 Milliarden Euro mehr als verdoppeln. Organisch will das Unternehmen vor allem auf dem asiatischen und amerikanischen Markt wachsen. Weitere Akquisitionen sollen zudem das Produktportfolio ergänzen und den Kundennutzen weiter erhöhen.

Auch der stetig wachsende Sartorius Campus am Hauptsitz Göttingen, in den das Unternehmen bis zum Jahresende rund 500 Millionen Euro investiert haben wird, ist sichtbares Indiz für die dynamische Entwicklung des Konzerns. Neben modernen Bürogebäuden sind hier u.a. neue Bauten für die Produktion von Laborinstrumenten sowie für die Herstellung und Verarbeitung von Filtermembranen entstanden.

Ein zentral gelegenes Forum bietet u.a. Schulungs­labore und ein großes Application-­Center, in dem sich Kunden ausführlich über Produkte und Tech- nologien informieren und Anwendungen testen können. Mit einer Gesamtfläche von 170 000 Qua­dratmetern bietet der Campus damit genügend Raum für Pioniere, Ideen, Visionen und technolo- gische Durchbrüche – ganz im Sinne des Unternehmensgründers Florenz Sartorius.

Ergänzendes zum Thema
Von Pionieren und Visionen

Wenige Geschichten haben mich so beeindruckt, wie die des umtriebigen Florenz Sartorius und seinem Gespür für Trends. Spannend sind auch die Parallelen zwischen früher und heute: Ebenso wie der Gründer setzt 150 Jahre später die heutige Konzernleitung auf Kooperationen mit Spitzenwissenschaftlern und innovativen Start-ups. Mehr denn je spielen Entwicklungsgeschwindigkeit und Produktionseffizienz eine entscheidende Rolle in der Entwicklung neuer Therapien und neuer Verfahren. Die Corona-Epidemie zeigt nachdrücklich, das Schnelligkeit überlebenswichtig sein kann. Sartorius ist hier zweifellos ganz vorne dran.

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Über den Autor

 Anke Geipel-Kern

Anke Geipel-Kern

Leitende Redakteurin PROCESS/Stellvertretende Chefredakteurin PharmaTEC, PROCESS - Chemie | Pharma | Verfahrenstechnik