Einzel

Sep 29, 2023

Bildnachweis: Andrei Merkulov/Fotolia

Von Andreas Frerix, PhD

Die heute gebräuchlichsten biopharmazeutischen Produktionssysteme erfordern die Handhabung, den Transfer, die Verarbeitung und die Reinigung großmolekularer Arzneimittel, die in lebenden Zellen – kultivierten Tierzellen, Bakterienzellen oder Hefezellen – hergestellt werden. Diese Vorgänge, die mit Materialien in flüssiger Phase durchgeführt werden, erfordern den Einsatz von Pumpentechnologien, die zuverlässig volumetrische Konsistenz und Genauigkeit, geeignete Drücke und Durchflussraten sowie geringe Pulsation (zur Aufrechterhaltung der Verarbeitungsbedingungen) sowie niedrige Scherung, geringer Wärmeeintrag und Materialverträglichkeit (zum Schutz des biologischen Arzneimittels vor Schädigung).

Traditionell wurden permanente Pump- und Verarbeitungssysteme aus Edelstahl für vor- und nachgelagerte Vorgänge verwendet, aber der Zeit- und Kostenaufwand für den Betrieb, die Reinigung, die Wartung und die Qualitätskontrolle eines Systems zur Vorbereitung auf den nächsten Produktionslauf kann unerschwinglich werden. Diese Bedenken führten zur Entwicklung von Einwegpumpen, die über einen Einweg-Pumpenkopf und eine Einwegkammer verfügen, die zwischen Produktionsläufen leicht entfernt und ausgetauscht werden können, wodurch der Zeit- und Kostenaufwand für die Neuvalidierung der Ausrüstung in einem Edelstahlsystem entfällt.

Diese Technologie erforderte jedoch noch Verbesserungen, um die Umrüstzeiten zu optimieren und die Installationsprozesse zu vereinfachen. Ein wichtiger Fortschritt in diesem Bereich war die Entwicklung eines Pumpkammer-Wechselsystems, das den Zeitaufwand für den Austausch einer Einweg-Pumpenkammer auf Sekunden reduziert.

Bevor wir fortfahren, sollten wir einen Schritt zurücktreten und diskutieren, was die Begriffe „komplex“, „präzise“ und „rein“ im Kontext der biopharmazeutischen Herstellung bedeuten. Die Grundlage der biopharmazeutischen Herstellung beruht auf verschiedenen Arten von Einheitsabläufen. Während jede Betriebseinheit ihre eigenen Betriebskriterien aufweist, sind alle Betriebseinheiten insofern gleich, als sie nur dann ein brauchbares, kontaminationsfreies Arzneimittel herstellen können, das für die Verabreichung am Menschen geeignet ist, wenn der Hersteller sich strikt an eine Reihe unflexibler Betriebsparameter und -strukturen hält.

Drei der gebräuchlichsten Arbeitsschritte in der biopharmazeutischen Produktion sind Tangentialflussfiltration (TFF), Chromatographie und Virusfiltration. TFF ist auch als Cross-Flow-Filtration bekannt, ein Prozess, bei dem der Zulaufstrom des Biopharmazeutikums bei Überdruck tangential über die Filtermembran fließt. Während TFF verwendet wird, um das Produkt basierend auf der Molekülgröße zu konzentrieren, ist die Chromatographie ein Prozess, der zur Reinigung von Zielmolekülen aus dem anderen Prozessstrom verwendet wird, basierend auf der Adsorption an ein Harz. Die Virusfiltration wird eingesetzt, um die Sicherheit der hergestellten Medikamente zu gewährleisten. Die Gemeinsamkeit dieser verschiedenen Arten von Betriebsabläufen besteht darin, dass jede eine Pumptechnologie benötigt, die ihre spezifischen Betriebsparameter erfüllen kann.

Darüber hinaus müssen auch die Vorteile erwähnt werden, die der Einsatz quartärer Einweg-Membranpumpen in der biopharmazeutischen Produktion bieten kann. Der Hauptvorteil dieser Pumpen, unabhängig davon, ob sie in herkömmlichen Edelstahl- oder Einweganlagen verwendet werden, ist ihre einzigartige Funktionsweise.

Die vier quaternären Membranen werden nacheinander durch eine Verbindungsplatte angetrieben, die sich in einem von einer Exzenterwelle erzeugten Hub aus ihrer Mittelposition hin- und herbewegt, wobei die Länge des Hubs durch den Winkel der Exzentrizität bestimmt wird. Die vier Pumpkammern, die eigentlich auf die gleiche Weise funktionieren wie das menschliche Herz, sorgen dafür, dass sich der Produktfluss konstant vorwärts bewegt, und zwar auf eine volumetrisch gleichmäßige, scherarme und pulsierende Art und Weise.

Die Kammern der Pumpe enthalten außerdem keine rotierenden Teile, die Reibung ausgesetzt sein können, sodass nur eine minimale Wärmeentwicklung entsteht, die das Produkt beeinträchtigen könnte. Diese Betriebsart bedeutet, dass die Pumpen trocken laufen können, selbstansaugend sind und aufgrund des geringen Schlupfes nur minimale Scherkräfte erzeugen. Darüber hinaus bieten sie einen pulsationsarmen, leckagefreien Betrieb und verfügen über hervorragende Trocken-/Nasssaugfähigkeiten.

Die quaternäre Membranpumpe ist auch an Einweg-Produktionskonfigurationen anpassbar. Eine Einwegpumpe ermöglicht es biopharmazeutischen Herstellern, die oft unerschwinglichen Kosten für die Reinigung und Validierung von Pumpen und Systemen im Wesentlichen zu eliminieren. Das Ergebnis ist ein schnellerer und kostengünstigerer Produktionsprozess, der dennoch die bevorzugten Reinheits- und Sterilitätsgrade des Produkts liefert, ohne dass die Gefahr einer Kontamination zwischen Chargen oder Produkten besteht.

Der Dreh- und Angelpunkt der Einwegpumpe ist die produktberührte Pumpenkammer aus Kunststoff. Diese Kammer kann als komplette Einheit ausgetauscht werden.

Obwohl es mit der Einwegpumpentechnologie gelungen ist, den Zeit- und Kostenaufwand für die Reinigung und erneute Validierung nach Produktionsläufen zu reduzieren, bestand dennoch Interesse daran, den Zeitaufwand für den Austausch des Pumpenkopfs weiter zu verkürzen. Der Durchbruch gelang mit der Entwicklung und Veröffentlichung eines Pumpenkammer-Ersatzsystems, insbesondere des Quattroflow EZ-Sets.

Das System reduziert Ausfallzeiten im Produktionsumstellungsprozess. Es ermöglicht Herstellern, eine Einweg-Pumpenkammer in maximal 30 Sekunden auszutauschen, ohne dass Drehmomentschlüssel oder andere Spezialwerkzeuge und -ausrüstungen erforderlich sind – und der Benutzer kann während des Austauschvorgangs Gummihandschuhe tragen.

Pumpenkammer-Ersatzsysteme können auch an vorhandenen Motorantrieben nachgerüstet werden, wodurch auch Upgrades schnell und einfach durchgeführt werden können.

Die fünf Schritte, die zum Austausch der Pumpenkammer erforderlich sind, sind wie folgt:

• Entfernen Sie die Druckplatte der Pumpe. • Nehmen Sie die Pumpenkammer aus dem Ringantrieb. • Schieben Sie die neue Pumpenkammer auf den Ringantrieb. • Bringen Sie die Druckplatte wieder an. • Drehen Sie die Druckplatte leicht, um sie zu verriegeln.

Für die Herstellung von Biopharmazeutika sind viele Fähigkeiten erforderlich, aber am Ende muss das Endprodukt zweifelsohne sicher in der Anwendung sein und gleichzeitig dem Hersteller die finanziellen Vorteile eines optimierten Patentfensters bieten. Die Einführung von Einwegpumpen hat die Kosten und Ausfallzeiten, die zuvor für die Reinigung und Validierung von Pumpsystemen erforderlich waren, praktisch eliminiert.

Andreas Frerix, PhD ([email protected]), ist Produktmanagementdirektor für Quattroflow bei PSG, einem Unternehmen aus Dover. Website: www.psgdover.com.

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