Einwegbioreaktoren und beschleunigte Impfstoffentwicklung
AllegroTM STR-Single-Use Bioreaktoren der Firma Pall Corporation, die Entwickler und Produzenten von Impfstoffen gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 nutzen (Mit freundlicher Genehmigung der Pall Biotech)
Was hat Bierbrauerei mit der Herstellung von Impfstoffen gemein? Auf den ersten Blick wenig: Ersteres ist ein flüssiges Konsumgut, letzteres ein Gut der Gesundheitsprävention. Handelt es sich bei Bier um ein alkoholisches Getränk mit langer geschichtlicher Tradition, sind Impfstoffe das Produkt jüngerer biotechnologischer Prozesse. Doch beiden ist gemeinsam, dass ihnen mikrobiologische Prozesse zu Grunde liegen, die sich in sogenannten Fermentern oder Bioreaktoren abspielen.
Traditioneller Bioreaktor oder Einwegbioreaktor?
Ein Bioreaktor ist ein Behälter, in dem Mikroorganismen wie Pilze oder Bakterien sowie Zellkulturen unter optimalen Bedingungen kultiviert werden, um die Organismen als Ganzes oder spezifische Stoffwechselprodukte zu «ernten». Diese können beispielsweise als Pharmawirkstoffe verwendet, als Ausgangschemikalie in der klassischen Chemie eingesetzt – oder eben in der Form von Bier genossen werden. Das Kernteil eines traditionellen Bioreaktors ist der Kessel aus Glas oder Edelstahl, der ein Volumen von wenigen bis tausenden Litern haben kann, mit einer geeigneten Nährlösung für die Kultivierung gefüllt wird und in der Regel belüftet ist. Ergänzend braucht es Sensoren zur Kontrolle und Regelung der Temperatur, des Sauerstoffgehalts und des pH-Werts, aber auch ein Rührwerk, um im Reaktorraum homogene Bedingungen zu schaffen und die Organismen in Suspension zu behalten.
Im Vergleich zum traditionellen und wiederverwendbaren Bioreaktor sind bei einem Einweg- oder Single-Use-Bioreaktor diejenigen Komponenten, die mit der Nährlösung und somit dem Organismus in Kontakt kommen, aus Einwegmaterial hergestellt. Anstelle des Rührkessels aus Glas oder Edelstahl kommt ein Einwegkessel oder -beutel aus Plastik zum Einsatz. Ursprünglich konzipiert, um therapeutische Antikörper schneller herzustellen, haben Einwegbioreaktoren durch die Corona-Pandemie mächtig Auftrieb erhalten. Denn im Falle pandemischer Impfstoffe sind beschleunigte Produktentwicklung und -kommerzialisierung besonders wichtig, müssen doch Milliarden von Impfstoffdosen innerhalb kurzer Zeit produziert werden.
Einwegbioreaktoren: schnell, günstig und sicher
Einwegbioreaktoren bieten zahlreiche Vorteile im Vergleich zu ihren wiederverwendbaren Gegenspielern. Die Plastikkessel oder -beutel werden vorsterilisiert geliefert und sind schnell eingebaut. Reinigungsarbeiten werden deutlich reduziert, Validierungsverfahren vereinfacht und verkürzt. Darüber hinaus ist das Risiko der Kontamination mit unerwünschten Organismen reduziert, was die Prozesssicherheit erhöht. Zudem sind Einwegbioreaktoren im Vergleich mit traditionellen Bioreaktoren in der Anschaffung günstiger und zeichnen sich sogar durch eine höhere Umweltverträglichkeit aus. Und neben den Einwegbioreaktoren sind auch bereits Einwegversionen von Lagerbeuteln, Mischern sowie von Filtrations-, Chromatographie-, Einfrier- und Auftausystemen auf dem Markt. Das erlaubt die Realisierung kompletter Produktionsstätten im Einwegsystem. So nutzen auch Firmen wie AstraZeneca und Moderna, die im Rennen um einen Impfstoff gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 die Nase weit vorne haben, zusammen mit ihren Kooperationspartnern Cobra Biologics oder Lonza die Einwegtechnologie.
Und last but not least: Schweizer Unternehmen sind in der Entwicklung von Einwegtechnologie Pioniere. Die frühere Wave Biotech AG (heute Sartorius Schweiz) aus Tagelswangen war an der Entwicklung des ersten skalierbaren Einwegbioreaktors beteiligt, die Firma Adolf Kühner AG aus Birsfelden bietet einen orbital geschüttelten Einwegbioreaktor und die Levitronix aus Zürich Einwegpumpen an.
SATW und Covid-19
Covid-19 wird uns noch eine Weile beschäftigen. Die zweite Welle der Pandemie hat die Schweiz erreicht und es wird den Einsatz von uns allen brauchen, um den Winter gut zu überstehen. Auch Technologie kann und soll ihren Beitrag leisten und die SATW agiert dabei als «Honest Information Broker». Deshalb haben wir www.satw.ch/covid-19 aufgebaut. Auf dieser Webpage finden Sie Beiträge von ausgewiesenen Expertinnen und Experten aus unserem Netzwerk zu technischen Themen und Covid-19 – wie derjenige von Regine Eibl zu Einwegbioreaktoren.
Technology Outlook
Regine Eibl ist auch Autorin für den Technology Outlook 2021, der im kommenden Frühjahr zum vierten Mal erscheinen wird. Der Technology Outlook ist der Früherkennungsbericht der SATW, der neue disruptive Technologien präsentiert und deren Kompetenz in der Schweiz sowie deren volkswirtschaftliche Bedeutung bewertet. Bestellen Sie schon heute Ihr Exemplar des Technology Outlooks 2021 - als PDF oder in gedruckter Form: Bestellformular