Vom Labor bis zur Markteinführung: der strategische Vorteil der Skalierbarkeit
Ob Sie ein Biopharmariese oder ein kleines Start-Up-Unternehmen sind, spielt keine Rolle. Die Fähigkeit, Ihre Prozesse effektiv zu skalieren, kann den entscheidenden Unterschied ausmachen, wenn es um den kommerziellen Erfolg geht.
Die pharmazeutische Industrie unterliegt einer rasanten Entwicklung
Makro- und Mikrokräfte beschleunigen wissenschaftliche Durchbrüche, während sich Unternehmen dem Druck ausgesetzt sehen, Werte für Aktionäre zu schaffen und neuartige Biologika auf den Markt zu bringen. Wirkungsstarke Therapieansätze wie GLP-1-Agonisten zur Behandlung von Adipositas, immunonkologische Medikamente sowie Zell- und Gentherapien (CGT) bringen immer höhere Anforderungen an Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Gesetzeskonformität mit sich.
Für viele Teams besteht der Wettlauf darin, so schnell wie möglich Good Manufacturing Practice (GMP) zu erreichen. Doch ein im Labor entwickelter vielversprechender Bioprozess ist nicht dasselbe wie eine konsistente, sichere und rentable Produktion im großen Maßstab, die zudem GMP-Anforderungen erfüllt.
Insbesondere bei der Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen (API) ist Präzision von kritischer Bedeutung, denn selbst kleinste Abweichungen, die sich beim Scale-up einschleichen, können schon Qualität und Wirksamkeit beeinträchtigen. In der modernen Arzneimittelentwicklung ist die Skalierbarkeit daher kein nebensächliches Detail. Sie ist vielmehr eine strategische Anforderung, die darüber entscheiden kann, ob aus einem Wirkstoffkandidaten ein marktfähiges Medikament wird.
Vom Labor bis zur Markteinführung: wesentliche Entscheidungspunkte, an denen eine frühzeitige Skalierbarkeit eine reibungslosere klinische und kommerzielle Fertigung ermöglicht.
Skalierbarkeit von Anfang an berücksichtigen
Die Skalierbarkeit sollte vom ersten Tag an berücksichtigt und in die Entwicklung einbezogen werden. Frühe Entscheidungen – wie z. B. die Definition von kritischen Prozessparametern, Standardisierung von Technologien, Planung der Scale-up-Strategie und Nutzung einer datengestützten Steuerung – tragen dazu bei, das Risiko zu reduzieren, die Konsistenz zu verbessern und reibungslosere Übergänge von der Entwicklung über klinische Phasen bis hin zur GMP-Serienfertigung zu ermöglichen.
Durch eine frühzeitige Abstimmung zwischen Entwicklungs- und Fertigungsteams können Unternehmen teure Nacharbeiten vermeiden, den Technologietransfer beschleunigen und eine bessere Grundlage für Gesetzeskonformität schaffen. Ein strukturierter, skalierbarer Ansatz verkürzt letztendlich die Zeiten bis zur Markteinführung, während er gleichzeitig eine zuverlässige, wiederholbare Serienfertigung unterstützt.
Wo müssen Prioritäten gesetzt werden, um den Wert einer reibungslosen Produktion ausschöpfen zu können?
Skalierbare Bioprozesse beruhen auf mehreren Schlüsselelementen.
Der erste dieser Faktoren ist ein tiefgehendes Verständnis des Prozesses an sich. Hierzu ist einerseits die Identifizierung der kritischen Variablen erforderlich, die sich auf die Leistung auswirken, und andererseits das Verständnis, wie sie in jeder Phase der Produktentwicklung zu optimieren sind.
Sobald diese Grundlage geschaffen ist, können sich Hersteller von Biopharmazeutika auf die Skalierbarkeit der Ausrüstung konzentrieren.
Mit zunehmender Produktion müssen alle Arten von Geräten – von Bioreaktoren bis hin zu Aufbereitungssystemen für Betriebsmedien – berücksichtigt werden, um die problemlose Bewältigung von größeren Chargen und höheren Mengen zu ermöglichen, ohne dass dies zu Lasten der Leistung geht oder Engpässe entstehen. Und schließlich können zuverlässige Messungen über Erfolg oder Misserfolg des Scale-up entscheiden. Konsistente und genaue Daten sind unerlässlich, um im Verlauf des gesamten Projekts fundierte Entscheidungen hinsichtlich betrieblicher Effizienz, Produktionsdurchsatz und Qualität treffen zu können.
Welche Herausforderungen stellen sich bei Scale-up und Technologietransfer?
Die Herausforderungen beim Scale-up beschränken sich selten nur auf den Gerätebetrieb. Sie stellen sich auch, weil Analysen und Qualitätsmessungen mit dem Prozess mitwachsen müssen.
Zu den üblichen Reibungspunkten gehören:
- Dezentrale Betriebsabläufe während des gesamten Projektverlaufs: F&E, klinische und Serienfertigung finden oftmals an unterschiedlichen Standorten statt.
- Umgebungen mit Gerätemix: Geräte von zahlreichen Lieferanten können Daten möglicherweise nicht nativ austauschen.
- Inkonsistente Messungen: selbst ähnliche Geräte von unterschiedlichen Lieferanten können sich aufgrund von Bauform, Werkstoffen oder Kompensationsalgorithmen unterschiedlich verhalten.
Zahlreiche kritische Parameter werden weiterhin mit Offline-Methoden im Labor beurteilt. Ein solcher Ansatz kann zu Variabilität führen, die auf das Probenentnahmeverfahren, die Handhabung und die Kluft zwischen Echtzeit-Prozessbedingungen und Laborergebnissen zurückzuführen ist. Verzögerungen zwischen Probenentnahme und Datenauswertung können die Feedback-Steuerung verhindern, die Effizienz reduzieren und das Risiko, dass es zu Abweichungen kommt, erhöhen – insbesondere wenn sich die Variablen während eines Produktionslaufs verändern.
Wenn sich Maßstab, Standort oder Instrumentierung ändern, nimmt die Variabilität oft zu. Liegen Parameterwerte außerhalb der Spezifikationen, kann die Produktqualität beeinträchtigt werden und das Risiko, dass es zum Verlust von Chargen kommt, steigt.
Wie entwerfen Sie einen skalierbaren Bioprozess bereits in einer frühen Projektphase?
Ein erfolgreiches Scale-up beginnt mit einer klaren Definition eines skalierbaren Bioprozesses, insbesondere, wenn es um Biologika und moderne Therapien geht. Das Ziel ist ein Prozess, der:
- Auf die Fertigung übertragbar ist
- Standort- und geräteübergreifend reproduzierbar ist
- Mit verschiedenen Bioreaktorkonfigurationen kompatibel ist
In der Praxis bedeutet das, dass der Prozess so entworfen werden muss, dass er sich auf verschiedene Szenarios übertragen lässt:
- Edelstahl vs. Single-use
- Verschiedene Rührwerkskonstruktionen
- Verschiedene Sensoranschlüsse und Montagebeschränkungen
Die Skalierbarkeit ist eine ganzheitliche Disziplin, die Folgendes umfasst:
- Prozessverständnis (was ist wichtig und warum). Teams benötigen ein tiefgehendes Prozessverständnis, um die kritischen Variablen zu identifizieren, die sich auf die Leistung auswirken, und um zu entscheiden, wie sie – und insbesondere die für die Skalierung relevanten Parameter – in jeder Phase des Prozesses optimiert und gesteuert werden können.
- Verbesserte Geräte (die auch größere Mengen bewältigen). Bioreaktoren, Betriebsmedien und Reinigungssysteme müssen größere Chargen bewältigen können, ohne dass es zu Engpässen oder Einbußen bei Leistung oder Qualität kommt.
- Messsicherheit (Entscheidungen hängen von Daten ab). Zuverlässige Messungen sind unerlässlich für Entscheidungen bezüglich betrieblicher Effizienz, Durchsatz und Qualität. Aus diesem Grund ziehen viele Biohersteller es vor, die Sensor- und Analysetechnik vom Labor bis zur Produktion im großen Maßstab zu standardisieren, um Messabweichungen während des Scale-ups zu vermeiden.
Why easy scalability matters (Weshalb eine einfache Skalierbarkeit wichtig ist)
Skalierbare Bioprozesse ergeben sich nicht zufällig – sie beruhen auf konsistenten, zuverlässigen Messungen. Von frühen Experimenten bis hin zur Produktion im großtechnischen Maßstab ist die Datenkontinuität von kritischer Bedeutung, um Risiken zu mindern, das Scale-up zu beschleunigen und die Ausbeute zu schützen.
Erfahren Sie, weshalb die Skalierbarkeit wichtig ist und wie ein skalierbarer Ansatz in der Bioprozessmessung Sie in jeder Phase dabei unterstützen kann, fundierte Entscheidungen zu treffen.
Die Rolle der Single-use-Technologie (SUT) bei der Erreichung einer schnelleren Prozessentwicklung
Geschwindigkeit ist der ultimative Wettbewerbsvorteil in der Biopharmazie.
Jeder Tag, der bei den Entwicklungszeiten eingespart wird, ermöglicht frühere klinische Tests, schnellere Einreichungen bei Behörden und eine stärkere Marktposition. Single-use-Technologie (SUT) beschleunigt diesen Vorgang, indem sie Schluss macht mit zeitintensiven Schritten wie Reinigung und Sterilisation, wodurch Umrüstzeiten verkürzt und eine parallele Verarbeitung ermöglicht werden.
SUT bietet eine flexible, modulare Alternative zu herkömmlichen Edelstahlsystemen. Sie eliminiert zeitraubende Schritte wie Reinigung und Sterilisation, die mit einer festen Infrastruktur einhergehen. Durch die Verwendung von Einwegkomponenten ermöglicht SUT schnelle Prozessiterationen und nahtlose Übergänge zwischen unterschiedlichen Produktionsmaßstäben.
Diese Agilität ist in der heutigen, vom Wettbewerb geprägten biopharmazeutischen Industrie entscheidend.
Vorteile der Inline-Messung
Im Hinblick auf die Prozessoptimierung kann die Inline-Prozessanalyse ein wesentliches Scale-up-Problem lösen: zu verstehen, was im Prozess passiert, während es passiert, und zwar in jedem Maßstab.
Ein etablierter Ansatz der Prozessanalysetechnologie (PAT) ist die Raman-Spektroskopie. Die Raman-Systeme von Endress+Hauser ermöglichen eine zerstörungsfreie Überwachung kritischer Prozessparameter (CPP) in Echtzeit.
Raman-Systeme nutzen robuste optische Verfahren, um Zusammensetzung und Konzentration zu messen und unterstützen die kontinuierliche Überwachung von Parametern wie:
- Glukosekonzentration
- Dichte lebensfähiger Zellen
- Laktat
- Aminosäuren
- Proteingehalt
- Zelldichte
- CQA von Ersatzstoffen
Ein wesentlicher Vorteil für das Scale-up ist die Konsistenz: Dieselben Raman-Instrumente, die für Experimente im kleinen Maßstab verwendet werden, können in Bioreaktoren größeren Maßstabs integriert werden. Das trägt dazu bei, vergleichbare Messverfahren in Entwicklung und Fertigung beizubehalten, was selbst im Kontext der API-Produktion, wo Schwankungen besonders folgenreich sein können, eine konsistente Produktqualität unterstützt.
Die Inline-Messung ersetzt die Offline-Probenentnahme durch Echtzeit-Einblicke und ermöglicht so schnellere Entscheidungen, eine bessere Steuerung und skalierbare PAT-Modelle für die unterschiedlichen Fertigungsstufen.
Weshalb Inline-Messungen entscheidend sind
Offline-Messabläufe basieren auf Probenentnahmen und einer späteren Analyse, was Prozesseinblicke und die Prozesssteuerung beschränkt. Im Gegensatz dazu sind bei der Inline-Messung Sensoren direkt in den Reaktor integriert, wodurch die kontinuierliche Überwachung kritischer Prozessparameter und Qualitätsattribute möglich wird. Diese Echtzeit-Transparenz unterstützt schnellere, fundiertere Entscheidungen und reduziert das Risiko, dass es zu Variabilität oder Abweichungen kommt.
Durch den Wegfall von Probenentnahmen und die Möglichkeit, konsistente Optiken für alle Maßstäbe zu nutzen, stellen Inline-Workflows eine solide Grundlage für die modellprädiktive Regelung und übertragbare PAT-Modelle bereit. Das Ergebnis ist eine robustere, skalierbarere Fertigungsstrategie, die das Prozessverständnis verbessert, die Automatisierung unterstützt und den Weg von der Entwicklung bis zur Serienfertigung beschleunigt.
Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Einsatz der Raman-Spektroskopie in Bioprozessen ergibt, ist die Übertragbarkeit der prädiktiven Modelle auf unterschiedliche Produktionsmaßstäbe. Da die optischen Komponenten und die Sondengeometrie konsistent bleiben, ist der spektrale Fingerabdruck, der mit der Analyse erreicht wird, stabil – gleichgültig, ob es sich um den Labormaßstab oder die Serienfertigung handelt. Diese Stabilität bedeutet, dass im Labor entwickelte und validierte prädiktive Modelle problemlos auf die Serienfertigung übertragen werden können, womit sich der Bedarf nach umfangreichen Revalidierungsprozessen beträchtlich verringert.
Diese nahtlose Modellübertragung unterstützt eine konsistente Steuerung mittels Prozessanalysetechnologie (PAT) in allen Phasen des Scale-ups und trägt so dazu bei, eine robuste Prozessüberwachung und Qualitätssicherung beizubehalten.
Weshalb sind Memosens-Sensoren so genau und warum spielt dies bei der Übertragung auf einen großen Maßstab eine Rolle?
Neben der Inline-Analyse ist eine robuste Sensorinfrastruktur kritisch für GMP-Betriebsabläufe. Die digitale Memosens-Sensortechnologie liefert hochgenaue Messungen bei minimalem Wartungsbedarf dank einer zuverlässigen, berührungslosen Signalübertragung.
Zu den wichtigsten Funktionen gehören:
- Plug-and-Play, vorkalibrierte Sensoren zur Minimierung von Stillstandszeiten
- Digitale Datenübertragung, um Signalstörungen zu eliminieren
- Vorausschauende Wartung, um die Zuverlässigkeit langfristig zu verbessern
Was verbessert sich dadurch im realen Betrieb?
In der Praxis sorgen digitale Sensoren für eine reibungslosere Produktion und standortübergreifend konsistentere Betriebsabläufe indem sie:
- Dazu beitragen, Messverfahren zu standardisieren
- Die Datenzuverlässigkeit durch digitale Signalübertragung in berührungslosen Steckverbindern maximieren
- Wartungs- und Kalibriervorgänge vereinfachen
Diese Vorteile werden zunehmend wichtiger, wenn Prozesse im großen Maßstab in einen cGMP-Betrieb rund um die Uhr übergehen.
Alles, was Sie wissen müssen
Die Skalierung eines Bioprozesses vom Labor bis zur GMP-Fertigung ist kein linearer Vorgang. Sie erfordert frühzeitige Entwurfsentscheidungen, die die Produktqualität schützen, Übertragbarkeit ermöglichen und Risiken reduzieren, wenn sich Mengen, Standorte und Technologien ändern. Die folgenden Fragen beziehen sich auf die wichtigsten Aspekte, die in diesem Artikel hervorgehoben wurden.
