Arzneimittelproduktion ist immer ein Kraftakt

    21. Mai 2017, 11:00
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    Arzneimittelproduktion auf Basis lebendiger Organismen ist in der Herstellung eine Herausforderung

    Wer schon einmal einen Germgugelhupf gebacken hat, weiß, dass viel schiefgehen kann. Hefezellen, die den Teig flauschig und leicht machen, sind launisch. Zu heiß mögen sie es nicht, bei wenig Zucker verweigern sie das Aufplustern, und der Gugelhupf ist nach dem Backen hart wie ein Wurfgeschoß.

    Was Hefe mit Medikamenten gemeinsam hat? Viele Arzneimittel werden so wie mit Hefe auf Basis lebendiger Organismen erzeugt. In riesigen Hochsicherheitshallen reihen sich silberglänzende Tanks aneinander, in denen Arzneimittel gezüchtet werden.

    Wer sich das im Kleinen ansehen will, hat im Showlabor der Bioprozesstechnik am Siemens-Campus in Wien-Floridsdorf die Möglichkeit dazu. In einer Ecke des kleinen Raumes dreht sich ein Glasbehälter mit einer beigen Hefeflüssigkeit. Das nervenaufreibende Jeiern des Mixers nehmen die, die hier arbeiten, nicht mehr wahr.

    Jede Sekunde unter Kontrolle

    Die Aufmerksamkeit der Siemens-Entwickler Barbara Kavsek, Werner Schöfberger und Johannes Scheiblauer ist auf Messgeräte gerichtet, die am Mixbecher befestigt sind. Da werden permanent pH-Wert, Rührerdrehzahl und Zellabgase abgelesen, eine Heizmanschette stabilisiert die Temperatur. Das alles wird nicht nur überwacht, sondern auch aufgezeichnet.

    Die Mathematikerin Barbara Kavsek öffnet einen eisernen Schaltschrank neben der Rühreinrichtung. "Hier laufen alle Messungen zusammen; wir werten permanent aus und können, sollten die Dinge schieflaufen, sofort gegensteuern", erklärt sie. Ihre Aufgabe: sämtliche Vorgänge in diesem Behälter zu übersichtlichen Diagrammen umwandeln. Das, was hier im Kleinen läuft, wird im Großen riesige Arzneimittelproduktionen sicherstellen.

    "Messen und sofort interagieren können: Das ist die Zukunft in der pharmazeutischen Industrie – es verhindert, dass Chargen kaputtgehen", erklärt Werner Schöfberger, Leiter Business Unit Process Automation. Umgelegt auf den Germteig bedeutet das: Nicht erst wenn die Buchteln steinhart aus dem Ofen kommen, soll der Bäcker wissen, dass etwas falsch gelaufen ist, sondern lange bevor es in den oft monatelangen Produktionsprozessen passiert. Defizite sollen im Moment des Entstehens korrigiert werden, Kavseks Kurven sind eine Art Messlatte und Garant dafür, dass Batches – so werden Produktionsdurchläufe genannt – nicht kaputtgehen.

    Rühren, füttern, ernten

    Das spart Millionen. In der Pharmaindustrie wird nicht nur mit Hefe, sondern auch mit anderen lebendigen Organismen gearbeitet. Mit E.coli-Bakterien etwa oder so wie in der Krebsmedizin mit einer Reihe anderer, genmanipulierter Zellen, die Stoffe produzieren, um Krankheiten zu stoppen. All diese Zellkulturen haben ihre Besonderheiten, die die Ingenieure der pharmazeutischen Industrie mit Schöfberger bis ins letzte Detail besprechen. Er hört zu, versteht und wandelt sie in prozesstechnische Formeln um. "Am Ende muss das so erarbeitete Modell wissen, wie es dem Produkt geht", definiert Schöfberger. Und zudem müssen solche Produktionsanlagen auch den strengen Prüfungen der Behörden standhalten.

    Sicher ist: Alle lebenden Organismen in der Medikamentenproduktion wollen gerührt, gefüttert und auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Nur dann vermehren sie sich, und das ist das Ziel. "In gewisser Weise ist ein Labor eine Art Küche", vergleicht Johannes Scheiblauer, bei Siemens als Biomedical Engineer tätig. In den Laboren wird gemischt, zentrifugiert, werden Stoffe zugesetzt, isoliert, wieder abgesiebt.

    Die eigentliche Arbeit eines Wissenschafters in diesem Bereich ist es, neue Rezepturen für Medikamente zu entwickeln beziehungsweise deren schwierige Produktion möglich zu machen. Das ist eine große Herausforderung: "Was im Kleinen funktioniert, muss ja dann auch im großen Stil klappen", sagt er und schaut auf den Glasbehälter, in dem sich der Quirl geduldig dreht. In einer Riesenproduktionsanlage fassen Tanks tausende Liter.

    Modul für viele Produktionen

    Ob die Prozesstechnik von Siemens also eine Art riesige, vollautomatisierte Küchenmaschine ist? Da muss Schöfberger, ein drahtiger Mann mit Brille, lachen. Aber ja, in gewisser Weise könne man das so sehen, jede Pharmafirma bäckt also ihren eigenen Kuchen. Jedenfalls haben Prozesstechnologien wie diese hier von Siemens die Labor- und Produktionsstätten rund um den Erdball grundlegend verändert – und, rein optisch von außen betrachtet, sehr ähnlich gemacht.

    Egal, welches Unternehmen seine Forschungsstätten öffnet: Labore schauen immer gleich aus. Lange beige Tische und Kästen, Industriewaschbecken, große Kühlschränke. Dazwischen Menschen in keimfreier Adjustierung (Mäntel, Handschuhe, Duschhaube, Mundschutz, Brille), die mit Flüssigkeiten hantieren, sie mit Spritzen in Phiolen abfüllen und dann in ebenfalls beige Geräte stellen, die wie Drucker aussehen, aber sicher keine sind. Die Leiter solcher Labore sitzen meistens vor Bildschirmen, auf denen sich Kurven zacken und Zahlenkolonnen aneinanderreihen. Wenn "Alarm" aufpoppt, bringen ein paar Befehle über die Tastatur die Sache wieder ins Lot.

    Therapie aus dem Automaten

    Die Digitalisierung hat die Arbeitsbedingungen in den pharmazeutischen Industrieanlagen längst vollkommen umgekrempelt. Geht es darum, Produktionsausfälle zu vermeiden, kommt überall Siemens als Anbieter ins Spiel. Doch nun wartet eine neue Hürde auf die Ingenieure: die individualisierte Medizin. Was das heißt: Weil die Forscher immer mehr erkennen, dass Krebs durch eine Vielzahl unterschiedlicher genetischer Fehler entsteht, verändern sich die Behandlungskonzepte.

    Um Krebs zu stoppen, braucht es unter Umständen auch eine Vielzahl von Medikamenten. Jedes wirkt unterschiedlich, das genetische Profil eines Patienten entscheidet, welche Krebsmedikamente verabreicht werden. "Dieser neue Typ von Medikamenten wird aber vergleichsweise nur mehr in sehr kleinen Mengen produziert werden, weil sie auch nur bei kleinen Patientengruppen wirken", weiß Schöfberger.

    Also keine großen Tanks wie heute, sondern winzige Mengen: Das stellt die Prozesstechnik vor neue Aufgaben, etwa jene, dass bei so winzigen Mengen vielleicht gar keine Proben mehr genommen werden können. "Das ist Neuland, es wird darum gehen, sämtliche Prozesse zu integrieren", erklärt Mathematikerin Kavsek.

    Medikament aus dem Automaten

    Generell sei die Frage, wirft der Bioingenieur Johannes Scheiblauer ein, ob sich die Produktionsstätten für Medikamente in ferner Zukunft nicht überhaupt in den Krankenhausbereich verlagern. In den Kellern würden die unterschiedlichen Zellen die gewünschten Arzneimittel produzieren, die dann je nach genetischem Patientenprofil individuell gemischt und verabreicht würden. Das wäre dann eine wirklich individualisierte Medizin.

    Und vielleicht würde das dann sogar ein bisschen wie einer jener Kaffeeautomaten aussehen, die von Espresso bis Caffè Latte unterschiedliche Warmgetränkevariationen produzieren. Ein Medikamentenautomat bräuchte das genetische Profil eines Patienten, um dann maßgeschneidert einen Wirkstoffmix zusammenstellen "und vielleicht gleich als Infusion fertigzumachen", fantasiert Scheiblauer. "Das wird noch dauern", sagen die Siemens-Prozesstechniker. Aber ja, irgendwann könnte das so sein. (Karin Pollack, 21.5.2017)

    • Prozesstechnik ist eine Art riesige, vollautomatisierte Küchenmaschine.
      foto: istock

      Prozesstechnik ist eine Art riesige, vollautomatisierte Küchenmaschine.

    • Tabletten, Spritzen, Kapseln, Infusionen: Arzneimittel sind eine enorme Herausforderung an die Produktionslogistik.
      foto: katsey

      Tabletten, Spritzen, Kapseln, Infusionen: Arzneimittel sind eine enorme Herausforderung an die Produktionslogistik.

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