Hochpräzise Membranpumpen zur Impfstoffherstellung

Seit Beginn der SARS-CoV-2-Pan­demie forschen weltweit zahlre­iche Län­der unter Hochdruck an neuen Impf­stof­fen gegen das Virus. Auch die ital­ienis­che Nieder­las­sung eines US-Phar­maun­ternehmens wird an der Massen­pro­duk­tion des Vakzins beteiligt sein und bere­it­et sich darauf vor. Bei der Förderung der einge­set­zten Stoffe darf es zu keinen Dosier­fehlern oder Schwankun­gen kom­men. Außer­dem muss sehr rein und ohne jegliche Verun­reini­gung dosiert wer­den. Dafür benötigte das Unternehmen hoch­präzise und pul­sa­tion­sarme Pumpen, die her­metisch dicht arbeit­en und nach ATEX-Norm zer­ti­fiziert sein müssen. Gle­ichzeit­ig war die Zeit für Fer­ti­gung und Liefer­ung der Pumpen sehr knapp bemessen. Hier­für wandte sich der Impfmit­tel­pro­duzent an die LEWA-Nikkiso Italy S.r.l. als Tochterun­ternehmen der deutschen LEWA GmbH mit Sitz in Leon­berg. Der in inter­na­tionalen GMP-Stan­dards erfahrene Pumpen­ex­perte fer­tigt seit über 25 Jahren Spezialpumpen für die phar­mazeutis­che Indus­trie. Daher kon­nte mit dem her­metisch dicht­en Mod­ell Eco­dos in der dampfreinig­baren und FDA-kon­for­men Vari­ante in den Größen LEF3 und LEG3 mit Explo­sion­ss­chutz schnell die passende Lösung gefun­den wer­den. Dank der Kom­bi­na­tion von jew­eils drei Pumpenköpfen mit einem präzise regel­baren Motor ist eine beson­ders pul­sa­tion­sarme Förderung gewährleis­tet. Die druck­steife Förderkennlin­ie der einge­set­zten Pumpen sorgt für eine gute Repro­duzier­barkeit der Flu­id­men­gen ins­beson­dere auch im kri­tis­chen, niedri­gen Kapaz­itäts­bere­ich unter 30 Prozent.
Trotz mancherorts zu verze­ich­nen­der Erfolge im Kampf gegen das Coro­na-Virus ste­hen nach wie vor die Erforschung und der Ein­satz geeigneter Impfmit­tel im Vorder­grund. Damit diese auch zuver­läs­sig und in aus­re­ichen­den Men­gen pro­duziert wer­den kön­nen, bedarf es je nach Her­stel­lungsmeth­ode der passenden tech­nis­chen Ausstat­tung, wie zum Beispiel hygien­isch und präzise arbei­t­en­der Pumpen. Die ital­ienis­che Nieder­las­sung eines US-Unternehmens plant und unter­stützt nun im Ver­bund mit einem inter­na­tionalen, großen Phar­makonz­ern die weit­ere Massen­pro­duk­tion eines Impfmit­tels und benötigte hier­für die entsprechen­den Aggre­gate. Konkret soll­ten dabei organ­is­che Wirk­stoffe aus einem Biore­ak­tor zusam­men mit Träger­stof­fen wie Hep­tan und Eth­yl­ac­etat scho­nend und sich­er für das weit­ere chro­matographis­che Aufreini­gungsver­fahren gefördert wer­den. Die hier zum Ein­satz kom­menden Pumpen mussten her­metisch dicht sein und ander­er­seits einen kon­stan­ten sowie präzise ein­stell­baren Förder­fluss gewährleis­ten. Zudem war wegen der Ver­wen­dung von Lösungsmit­teln ein ATEX-kon­former Pumpen­typ gefragt. Die Gesamtzeit für Fer­ti­gung und Liefer­ung der Aggre­gate war außer­dem sehr knapp bemessen, da der Her­steller möglichst bald mit sein­er Pro­duk­tion des Impf­stoffs begin­nen wollte.
Angesichts dieser hohen Anforderun­gen beauf­tragte das Unternehmen die ital­ienis­che Tochter­fir­ma der LEWA GmbH als zuver­läs­si­gen Koop­er­a­tionspart­ner. Der Pumpen­ex­perte ist seit über 25 Jahren in der Pharmabranche tätig und ver­fügt über umfan­gre­iche Erfahrun­gen in GMP-Pro­duk­tions­bere­ichen (Good Man­u­fac­tur­ing Prac­tice) sowie in den speziellen Anforderun­gen der U.S. Food and Drug Admin­is­tra­tion (FDA), denen die Pumpen eben­falls genü­gen soll­ten. Als Liefer­t­er­min wurde Mitte Dezem­ber 2020 vereinbart.

Pulsationsfreie Förderung durch Mehrkopfsystem

„Bei der Frage, welch­er Pumpen­typ sich für diese Anwen­dung am besten eignet, fiel die Entschei­dung zugun­sten des Mod­ells Eco­dos, das seit vie­len Jahren erfol­gre­ich von führen­den Phar­makonz­er­nen einge­set­zt wird. Die her­metisch dichte Pumpe mit vier­fach­er PTFE-Sand­wich­mem­bran und Mem­bran­bruchüberwachung ist ein Garant für absolute Förder­sicher­heit und damit die erste Wahl für Impfmittelproduzenten.“
—  Ste­fano Biol­cati von LEWA-Nikkiso Italy S.r.l.

Um die vom Auf­tragge­ber gewün­schte Kom­bi­na­tion ver­schieden­er Förder­leis­tun­gen in Höhe von 3600 l/h sowie 1500 l/h zu erfüllen, konzip­ierte das Team von LEWA ein Set aus zwei Eco­dos-Pumpen der Klasse LEG3 sowie ein­er Pumpe der Klasse LEF3. Da die einge­set­zten Wirk­stoffe außer­dem möglichst pul­sa­tions­frei gefördert wer­den müssen, um Mis­chungs­fehler zu ver­mei­den, wur­den die Pumpen in der Triplex-Vari­ante aus­ge­führt, das heißt mit drei Pumpenköpfen je Pumpe und Motor. Durch diese Kon­struk­tion ist gewährleis­tet, dass die Pausen-Inter­valle bei der Dosierung bezüglich der Längsmis­chung sehr kurz bleiben. Somit kon­nte auf zusät­zliche Pul­sa­tions­dämpfer verzichtet wer­den, die auf­grund ihrer Bauart bezüglich Rück­ver­mis­chung wie auch Reini­gung prob­lema­tis­che Toträume bedeutet hätten.
„Zu berück­sichti­gen war nun ein­er­seits, dass die Aggre­gate empfind­liche Wirk­stoffe für die weit­ere Aufreini­gung im Flüs­sig-Chro­matogra­phie-Ver­fahren trans­portieren und ander­er­seits, dass die Träger­mit­tel Hep­tan und Eth­yl­ac­etat spez­i­fisch zu beach­t­ende Lösungsmit­teleigen­schaften haben“, erk­lärt Biol­cati. „Daher musste eine scho­nende und sta­bile Förderung auch im niedri­gen Kapaz­itäts­bere­ich gewährleis­tet sein.“ Die Eco­dos-Mod­elle bieten hier mit einem kleinen NPSHr-Wert ein gutes Ansaugver­hal­ten, sodass auch bei Träger­flu­iden mit niedriger Viskosität, wie flüchti­gen Lösungsmit­teln, keine Kav­i­ta­tio­nen entste­hen. Darüber hin­aus wer­den die aus dem Biore­ak­tor stam­menden organ­is­chen Stoffe beson­ders scho­nend gefördert, da die Scher­wirkung im Pumpvor­gang sehr ger­ing ist. Aus diesen wird später der Impf­stoff im Chro­matogra­phie-Prozesss­chritt gewonnen.

Weiter Einstellbereich und hohe Präzision

„Eine zusät­zliche Anforderung bestand in der Notwendigkeit ein­er extrem genauen Dosierung über einen großen Kapaz­itäts­bere­ich“, berichtet Biol­cati. „Speziell bei den Eco­dos-Pumpen kann hier die För­der­menge mit Hil­fe der regel­baren Motoren über die Drehzahl mit ein­er max­i­malen Abwe­ichung von +/- 1 Prozent kon­stant gehal­ten wer­den.“ In Kom­bi­na­tion mit der druck­steifen Förderkennlin­ie wird auch bei schwank­en­dem Gegen­druck eine präzise und repro­duzier­bare För­der­menge garantiert. So wer­den die Flu­ide auf den Mil­li­liter genau dosiert und darüber hin­aus in aus­re­ichen­den Men­gen für eine umfassende Her­stel­lung von Impfmit­tel gefördert. Falls später eine Anpas­sung an die Zusam­menset­zung des Vakzins notwendig wer­den sollte oder schlicht ein größeres Vol­u­men an Impf­stoff bere­it­gestellt wer­den soll, kön­nen die benötigten Flu­id­men­gen auf diese Weise prob­lem­los geän­dert werden.
Nicht zulet­zt mussten die Pumpen einen ster­ilen Her­stel­lung­sprozess ermöglichen und den hygien­is­chen Pro­duk­tion­san­forderun­gen genü­gen, um Verun­reini­gun­gen oder Kon­t­a­m­i­na­tio­nen der Flu­ide auszuschließen. Die Vari­ante der Eco­dos trägt dank ihres kom­pak­ten und für die Dampfreini­gung opti­mierten Designs auch den schwieri­gen Bedin­gun­gen im GMP-Umfeld Rechnung.

Lieferung der Pumpen rechtzeitig zum Produktionsstart 

Trotz der speziellen Anforderun­gen an die Pumpen kon­nte LEWA den Auf­trag pünk­tlich mit der Liefer­ung an das Phar­ma-Unternehmen abschließen. „Dank der enor­men Leis­tungs­bere­itschaft des Teams und dem effizien­ten Ein­bezug einzel­ner, für die Phar­main­dus­trie zuge­lassen­er Stan­dard-Kom­po­nen­ten war es möglich, dieses ambi­tion­ierte Ziel zu erre­ichen“, erk­lärt Biol­cati abschließend. „Wir sind sehr stolz darauf, diesen kleinen Beitrag zur glob­alen Bekämp­fung der Pan­demie geleis­tet zu haben.“ Seit Jan­u­ar 2021 befind­en sich nun die neuen Aggre­gate erfol­gre­ich und ohne Aus­fälle im Einsatz.