Hygienic Design-Roboter zum Abfüllen kleiner Chargen

Pharmabotix entwick­elt Automa­tions- und Robotik­lö­sun­gen für das Abfüllen kleiner­er Char­gen, wie sie in der Zell- und Gen­ther­a­pie vorkom­men. Dabei set­zt das Schweiz­er Unternehmen auch auf einen hygie­n­egerecht kon­stru­ierten Indus­trier­o­bot­er Motoman HD8 von Yaskawa. Die per­son­al­isierte Medi­zin bedeutet einen ele­mentaren Wan­del für die Phar­ma- und Biotech-Indus­trie, die auf die Pro­duk­tion großer Men­gen aus­gerichtet ist.

Die Fortschritte in der Zell- und Gen­ther­a­pie ermöglichen es, dass Behand­lun­gen – und damit auch Medika­mente – indi­vidu­ell auf die jew­eili­gen Patient:innen zugeschnit­ten wer­den. Das nen­nt sich Advanced Ther­a­py Med­i­c­i­nal Prod­ucts – kurz ATMPs – oder Arzneimit­tel für neuar­tige Ther­a­pi­en: Den Patient:innen wer­den lebende Zellen oder defek­te Gene ent­nom­men, im Labor bear­beit­et und anschließend wieder verabre­icht. So kön­nen Krankheit­en behan­delt oder ver­hin­dert und sog­ar beschädigtes Gewebe oder Organe regener­iert und erset­zt werden.

„Die per­son­al­isierte Medi­zin bringt es mit sich, dass die Char­gen von bio­phar­mazeutis­chen Pro­duk­ten zunehmend klein­er und nicht immer in tra­di­tionelle Fläschchen oder Spritzen abge­füllt wer­den“, erk­lärt Fabi­an Stutz, CEO von Pharmabotix. Sein Unternehmen mit Sitz in Seen­gen in der Schweiz ist spezial­isiert auf Robotik- und Automa­tion­slö­sun­gen für die phar­mazeutis­che Indus­trie. Unter dem Marke­na­men „Sal­ly“ ver­mark­tet Pharmabotix ver­schiedene Mod­ule für den Zell- und Gen­ther­a­pie-Markt und den Labor-Bereich.

Bei kleinen Los­größen set­zt die Phar­main­dus­trie weit­ge­hend auf manuelle Prozesse. Das ist per­son­al­in­ten­siv. Der kom­plexe Prozess erfordert zudem bestaus­ge­bildete Mitarbeiter:innen und doch hängt die Qual­ität stark von der jew­eili­gen Per­son ab. „Zudem kön­nen diese Pro­duk­tion­sprozesse nur schw­er kom­merziell skaliert und in die Massen­pro­duk­tion über­führt wer­den“, erk­lärt Fabi­an Stutz.

Deshalb hat Pharmabotix für Sal­ly ein Konzept zur automa­tisierten Befül­lung von Cryo Vials für den Zell — und Gen­ther­a­pie-Bere­ich entwick­elt. Die Vor­gabe: Das Mod­ul Cry­oFiller soll automa­tisiert bis zu sieben Fläschchen pro Minute abfüllen können.

Cryo Vials sind Behäl­ter aus käl­tebeständi­gem Kun­st­stoff, mit denen biol­o­gis­che Proben oder Zellen in flüs­sigem Stick­stoff bei bis zu ‑196 Grad Cel­sius gelagert wer­den, um die Sta­bil­ität und Qual­ität der Proben zu gewährleis­ten. Anders als klas­sis­che Vials wer­den sie nicht mit einem Stopfen und ein­er Met­al­lkappe, son­dern mit ein­er Schraubkappe verschlossen.

Basis des Cry­oFiller ist ein Lab­worx Tisch­abfüll­sys­tem von Groninger, einem Her­steller von Abfül­lan­la­gen. Die Cryo Vials wer­den in einem Rack oder durch ein flex­i­bles Zuführsys­tem bere­it­gestellt. Ein oder mehrere Schraub­sys­teme – je nach Zyk­luszeitvor­gabe – öff­nen die Fläschchen, sie wer­den automa­tisiert befüllt und anschließend wieder geschlossen. Das Han­dling der Cryo Vials übern­immt ein Motoman HD8 von Yaskawa mit Elektrogreifer.

Die gesamte Zelle entspricht den stren­gen Vorschriften für Rein­räume der GMP-Klassen A und B und ist damit für die Her­stel­lung asep­tis­ch­er Pro­duk­te klas­si­fiziert. Auch die Cryo Vials sind ster­il. Das stellte die Entwick­ler von Pharmabotix vor eine beson­dere Her­aus­forderung: „Für die Integrität des Pro­duk­ts und die lück­en­lose Rück­ver­fol­gbarkeit muss nach dem Abfüllen wieder der entsprechende Ver­schluss auf das jew­eilige Fläschchen geschraubt wer­den“, erk­lärt Fabi­an Stutz.

Das Team von Pharmabotix hat­te klare Anforderun­gen an den Robot­er für den Cry­oFiller. Unter anderem sollte die Reini­gung mit indus­trieüblichen Mit­teln und die Dekon­t­a­minierung mit Wasser­stoff­per­ox­id (H2O2) möglich sein. „Für uns kam nur der Motoman HD8 von Yaskawa in Frage. Wir kon­tak­tierten deshalb Yaskawa direkt, und so kamen wir zur Schweiz­er Vertre­tung Swiss­Drives, die den Robot­er beis­tellte“, berichtet Fabi­an Stutz.

Mit der Rei­he Motoman HD hat Yaskawa erst vor kurzem zwei 6- achsige Hochleis­tungsro­bot­er auf den Markt gebracht, die die hohen Anforderun­gen der Phar­main­dus­trie und ähn­lich hygien­e­sen­si­tiv­er Branchen erfüllen: Sie sind für den Ein­satz in Hygien­ebere­ichen bis zur höch­sten Rein­raumk­lasse GMP-Klasse A geeignet.

Das HD ste­ht dabei für „Hygien­ic Design“. Dieses wurde gemein­sam mit dem deutschen Fraun­hofer-Insti­tut für Pro­duk­tion­stech­nik und Automa­tisierung IPA entwick­elt. Alle App­lika­tion­sk­a­bel und Medi­en­leitun­gen ver­laufen im Innern des Gehäus­es. Und auch das Design ist abgerun­det und totraum­frei ohne externe Schrauben, Lück­en oder Hin­ter­schnei­dun­gen. So lässt sich der Motoman HD8 ein­fach reini­gen, mit allen gängi­gen Desin­fek­tion­s­mit­teln und ‑maß­nah­men. Die beständi­ge Ober­fläche ist zudem beson­ders glatt, damit sich keine Schmutz­par­tikel und Mikroor­gan­is­men abset­zen kön­nen. Dank Schutzk­lasse IP69K ist er ide­al geeignet für Labor‑, Feucht- und Reinraum-Umgebungen.

Pharmabotix set­zt bei Automa­tisierungs­the­men auf das SRCI Stan­dard Robot Com­mand Inter­face. Die Schnittstelle ermöglicht die schnelle und unkom­plizierte Pro­gram­mierung der Roboter­be­we­gung direkt in der SPS. Der Anwen­der kann sich so auch ohne spezielle Ken­nt­nisse der Robot­er­s­teuerung im gängi­gen IEC-61131-Umfeld bewe­gen und die ver­traute Bedi­enum­feld auch zur Bedi­enung des Robot­ers nutzen.

Gle­ichzeit­ig bleiben alle gen­uinen Vorteile der Robot­er­s­teuerung erhal­ten: So berech­net die Robot­er­s­teuerung die Bewe­gungsk­ine­matik und garantiert eine hohe Bewe­gungsqual­ität. SRCI ist dabei nicht auf eine bes­timmte SPS oder einen bes­timmten Feld­bus beschränkt.

Pharmabotix nutzt die Siemens WinCC Uni­fied Plat­tform. „Deshalb war eine wichtige Voraus­set­zung, dass der Motoman HD8 zur Siemens- Steuerung kom­pat­i­bel ist. Denn die Bedi­enung von Sal­ly soll möglichst ein­fach und intu­itiv sein, und über ein einziges Pan­el erfol­gen. Im reg­ulierten Bere­ich hat das noch einen weit­eren Vorteil: Es muss nur eine einzige Steuerung getestet wer­den – mit entsprechend weniger Aufwand und Kosten“, so Fabi­an Stutz.

Das Konzept des Cry­oFiller-Moduls für Sal­ly wurde poten­ziellen Anwen­dern als „Proof of Con­cept“ bei einem Work­shop vorgestellt. Das Feed­back war grund­sät­zlich sehr pos­i­tiv. Nun entwick­elt Pharmabotix das Sys­tem weit­er, damit es unter anderem den Anforderun­gen des EU GMP Annex 1 entspricht. Dieser legt die Anforderun­gen für die Her­stel­lung ster­il­er Arzneimit­tel in der EU fest.

Pharmabotix will Sal­ly als mod­u­lare Plat­tform für ver­schiedene automa­tisierte Prozesse im Zell- und Gen-Bere­ich posi­tion­ieren, mit Robot­ern als zen­tralem Han­dling-Ele­ment. „Zusam­men mit Yaskawa und Swiss­Drives und dem Ein­satz des Motoman HD8 im Cry­oFiller-Mod­ul sind wir dieser Vision einen bedeu­ten­den Schritt nähergekom­men“, ist Fabi­an Stutz überzeugt.