Pro3 – Rohstoff- und Energieeffizienz durch verfahrenstechnische Innovationen

Effizientere Biopharmaka-Herstellung dank kontinuierlichem Downstream Processing

Das Fraunhofer IGB erforschte im Zuge des Industry-on-Campus-Projekts »Rohstoff- und Energieeffizienz durch verfahrenstechnische Innovationen« optimierte Aufreinigungsprozesse für Pharmaproteine. Das Ziel lautete, dank eines neuen Chromatographie-Systems den Übergang vom Batch-Prozessen in der Aufarbeitung zu einem kontinuierlichen Processing zu erreichen. Pharmaka können auf diese Weise energie- und ressourceneffizienter hergestellt werden.

Bei dem Verbundprojekt handelt es sich um eine vom Land Baden-Württemberg geförderte Public-Private-Partnership, in deren Rahmen einer der Partner aus Forschung und Industrie eine Pilotanlage entwickelt hat, mit der die beteiligten Unternehmen und deren Kunden Tests unter Labor-Bedingungen durchführen können.

Verfahrensinnovation für die pharmazeutische Biotechnologie

Die Forschungsarbeit des Fraunhofer IGB im Rahmen des Projektes zielte auf intensivierte chromatographische Reinigungsprozesse von monoklonalen Antikörpern für die Pharmaindustrie ab. Der Bedarf an optimierten Verfahren ist in diesem Bereich groß, denn es herrscht ein zunehmender Kostendruck, maßgeblich verursacht durch das Ablaufen von Patenten und damit die Konkurrenz durch Biosimilars und Generika.

Beim Aufreinigungsprozess der monoklonalen Antikörper, das sogenannte Downstream Processing, werden die Proteine in einem Capture-Schritt aus der Fermentationsbrühe abgetrennt und mit weiteren chromatographischen Verfahren zum gewünschten Reinheitsgrad aufgereinigt. Das Fraunhofer IGB besitzt hier eine ausgeprägte Expertise und bietet verschiedene Varianten der Flüssigkeits-Chromatographie an.

Kontinuierliche Chromatographie spart Zeit und Material

Im Rahmen des Projektes wurde dem IGB von einem der Industriepartner eine kontinuierlich arbeitende Laboranlage zur Verfügung gestellt, mit der der bisherige Batch-Prozess, der von einem anderen Projektpartner entwickelt wurde, nachvollzogen wurde, um Daten zur Verbesserung des Downstream-Prozesses hinsichtlich Produktqualität, Zeitaufwand und Kosten zu erlangen. Diese Daten werden aktuell dazu benutzt, um eine vom gleichen Projektpartner gebaute pharmataugliche kontinuierlich arbeitende Pilotanlage in der Laborumgebung des IGB mit geschultem Personal in Betrieb zu nehmen und zu optimieren.

Letztendlich soll damit gezeigt werden, dass die Etablierung eines kontinuierlichen Aufarbeitungsprozesses das Potenzial bietet, die Produktivität im Downstream deutlich zu erhöhen, ohne dass die Reinheit des Produkts beeinträchtigt wird. Es soll nachgewiesen werden, dass sich Zeit und Material bzw. Rohstoffe einsparen lassen. Damit wird die Produktion effizienter und kostengünstiger. Vom kontinuierlichen Chromatographieverfahren erhoffen sich die Forscher weiterhin ein einfacheres Scale-up der Produktion.

Verbundprojekt »Rohstoff- und Energieeffizienz durch verfahrenstechnische Innovationen«

Die industrielle Produktion belastet die Umwelt einerseits durch Emissionen, aber auch durch den Verbrauch von Ressourcen wie Energie und Rohstoffen. Bei letzterem gewinnt die Möglichkeit der Stoffwandlung und -veredlung zunehmend an Bedeutung. Durch derartige Verfahren können der Energie- und Ressourcenverbrauch rohstoffnaher Produktionsbereiche gesenkt werden, letztendlich mit dem Ziel, das Wirtschaftswachstum vom Ressourcenverbrauch zu entkoppeln.

Für die Prozessindustrie und für stoffwandelnde Industrien sind somit verfahrenstechnische Innovationen gefragt, welche die Effizienz von Herstellungsprozessen deutlich erhöhen. Zu diesem Zweck haben sich verschiedene, im Verein »Kompetenznetz Verfahrenstechnik Pro3« verbundene Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammengetan, um im Rahmen eines vom Land Baden-Württemberg geförderten Industry-on-Campus-Vorhabens nach Wegen zu suchen, effizienzsteigernde Methoden der Stoffwandlung und -veredlung zu erforschen und zur Anwendungsreife zu bringen.

Bei Industry-on-Campus-Projekten arbeiten Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen in Form einer strategischen Partnerschaft zusammen und erhalten Unterstützung durch das baden-württembergische Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst.

Im Falle des Projektes »Rohstoff- und Energieeffizienz durch verfahrenstechnische Innovationen« sind neben dem Fraunhofer IGB maßgeblich mehrere Einrichtungen des Karlsruher Instituts für Technologie KIT und der Universität Stuttgart beteiligt, sowie diverse – zumeist kleine und mittelständische – Industrieunternehmen aus Baden-Württemberg.

Projektinformationen

Projekttitel

Industry on Campus (IoC) – Rohstoff- und Energieeffizienz durch verfahrenstechnische Innovationen, Teil 3: Rohstoff- und Energieeffizienz durch neue integrierte Bioproduktionsprozesse

Projektlaufzeit

November 2012 – Dezember 2016

Kooperationspartner

Institut für Bioverfahrenstechnik, Universität Stuttgart
Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie, Universität Stuttgart
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordinator)
Karlsruher Institut für Technologie KIT
LEWA GmbH, Leonberg
Boehringer Ingelheim, Biberach
Tosoh Bioscience, Griesheim
Repligen GmbH, Weingarten

Förderung

Wir danken dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg und dem Kompetenznetz Verfahrenstechnik Pro3 für die Förderung des Projekts und den vier beteiligten Industriepartnern für die Bereitstellung von Barmitteln und Leistungen (Mitarbeiter, Anlagen, Verbrauchsmittel).