Bei vie­len Auto­im­mun­stö­run­gen, Krebs- und chro­nisch-ent­zünd­li­chen Erkran­kun­gen wie zum Bei­spiel rheu­ma­toi­der Arthri­tis zei­gen die in leben­den Zel­len pro­du­zier­ten Bio­lo­gi­ka ein hohes Hei­lungs­po­ten­ti­al, wes­halb sie immer häu­fi­ger Anwen­dung fin­den. Doch der Weg vom Labor in die Pro­duk­ti­on in gro­ßem Maß­stab ist bei Bio­phar­ma­zeu­ti­ka ungleich kom­pli­zier­ter als bei kon­ven­tio­nel­len Arz­nei­mit­teln: Sie bestehen anders als ihre che­misch her­ge­stell­ten Pen­dants aus hoch­kom­ple­xen Mole­kü­len und reagie­ren wäh­rend der Pro­duk­ti­on äußerst emp­find­lich auf Schwan­kun­gen etwa der Tem­pe­ra­tur, des pH-Wer­tes oder der Zusam­men­set­zung des Nähr­me­di­ums. Zudem sind zeit­auf­wen­di­ge Ana­ly­sen wäh­rend der Zell­li­ni­en­ent­wick­lung not­wen­dig, um spä­ter die gefor­der­te hohe Pro­dukt­qua­li­tät gewähr­leis­ten zu kön­nen. Um den Her­stel­lungs­pro­zess zu beschleu­ni­gen, ohne Qua­li­täts­ver­lus­te befürch­ten zu müs­sen, bie­tet der Auf­trags­ent­wick­ler UGA Bio­phar­ma eine High­speed-Zell­li­ni­en-Ent­wick­lung inklu­si­ve Ana­ly­se, Auf­rei­ni­gungs- und Bio­pro­zess­ent­wick­lung im Bio­re­ak­tor an. Durch die Ver­wen­dung eines opti­mier­ten Expres­si­ons­vek­tors lässt sich dabei eine hohe Pro­duk­ti­vi­tät der Klo­ne errei­chen. So kön­nen inner­halb von ledig­lich vier Mona­ten mono­k­lo­na­le und hoch­pro­duk­ti­ve Zell­li­ni­en ent­wi­ckelt wer­den.

Die Her­stel­lung von Bio­lo­gi­ka auf Basis gen­tech­nisch ver­än­der­ter, leben­der Zel­len in Bio­re­ak­to­ren ist extrem auf­wen­dig und die Beschaf­fen­heit der Klo­ne sowie die Qua­li­tät der her­ge­stell­ten The­ra­peu­ti­ka sind von vie­len Fak­to­ren abhän­gig. Kleins­te Schwan­kun­gen etwa in der Ver­sor­gung mit Sauer­stoff oder bei der Tem­pe­ra­tur im Fer­men­ter kön­nen die Pro­dukt­qua­li­tät nega­tiv beein­flus­sen, sodass das The­ra­peu­ti­kum am Ende unter Umstän­den unbrauch­bar wird und die finan­zi­el­len Ver­lus­te des Pro­du­zen­ten dem­entspre­chend hoch aus­fal­len. Aus die­sem Grund ach­tet UGA Bio­phar­ma bei der Ent­wick­lung neu­er Zell­li­ni­en beson­ders auf die Pro­duk­ti­vi­tät, Sta­bi­li­tät und Qua­li­tät der Klo­ne. Auf­grund der spe­zi­ell auf­ein­an­der abge­stimm­ten Pro­zes­se und der jah­re­lan­gen Erfah­rung benö­tigt das Unter­neh­men ledig­lich sie­ben Mona­te für die Ent­wick­lung der Zell­li­nie inklu­si­ve der Bio­pro­zess­ent­wick­lung und der Ent­wick­lung eines Auf­rei­ni­gungs­pro­zes­ses sowie der gleich­zei­ti­gen Bereit­stel­lung aller not­wen­di­gen ana­ly­ti­schen Daten.

Von der Idee zur Produktionszelllinie

Die Arbeit beginnt mit einem Bio­mo­le­kül: „Wur­de im Rah­men einer For­schungs­ar­beit an einer Uni­ver­si­tät oder in einem Unter­neh­men ein Bio­mo­le­kül mit the­ra­peu­ti­scher Wir­kung iden­ti­fi­ziert, ist das zwar eine inter­es­san­te Ent­de­ckung – aber noch lan­ge kein Pro­dukt. Oft ver­fü­gen For­schungs­ein­rich­tun­gen und Unter­neh­men nicht über das nöti­ge Know-how oder die Kapa­zi­tä­ten, um inter­es­san­te Ent­de­ckun­gen schnell in ein bio­the­ra­peu­ti­sches Pro­dukt (auch Bio­lo­gi­ka genannt) zu ver­wan­deln“, erklärt Dr. Lars Kober, Geschäfts­füh­rer bei UGA Bio­phar­ma. „Genau hier kom­men Auf­trags­ent­wick­ler wie wir ins Spiel: Wir ent­wi­ckeln hoch pro­duk­ti­ve Zell­li­ni­en, wel­che das gewünsch­te Bio­the­ra­peu­ti­kum mit hoher Aus­beu­te pro­du­zie­ren.“ Hier­zu muss zual­ler­erst das Mole­kül cha­rak­te­ri­siert wer­den, um die gewünsch­ten Pro­duk­t­ei­gen­schaf­ten und das soge­nann­te Gene of Inte­rest (GOI) zu ermit­teln, wel­ches dann in den fir­men­ei­ge­nen Expres­si­ons­vek­tor ein­ge­bracht wird. „Wir haben den Expres­si­ons­vek­tor und die Zell­li­ni­en­ge­ne­rie­rung im Lau­fe der  letz­ten Jah­re so opti­miert, sodass in kür­zes­ter Zeit hoch­pro­duk­ti­ve sta­bi­le Pro­duk­ti­ons­zell­li­ni­en erzeugt wer­den kön­nen, mit wel­chen sich Pro­dukt­kon­zen­tra­tio­nen von bis zu 7 g/L errei­chen las­sen“, fügt Kober hin­zu.

Die Suche nach dem geeigneten Klon

Phar­ma­un­ter­neh­men haben in der Regel zahl­rei­che Anfor­de­run­gen an die iso­lier­ten Zell­li­ni­en wie zum Bei­spiel die Ska­lier­bar­keit, die Mono­k­lo­na­li­tät und natür­lich eine hohe Pro­duk­ti­vi­tät und Klon­sta­bi­li­tät“, erklärt Kober. „Dar­über hin­aus soll­ten die pro­du­zier­ten Bio­lo­gi­ka weder immu­no­ge­ne Reak­tio­nen beim Pati­en­ten aus­lö­sen noch die Pro­duk­ti­ons­zell­li­ni­en mit Viren oder Myko­plas­men kon­ta­mi­niert sein.“ Aus die­sem Grund rich­tet sich das Unter­neh­men nach den Vor­ga­ben der Euro­päi­schen Arz­nei­mit­tel-Agen­tur (EMA), wel­che für die Beur­tei­lung und Über­wa­chung von Arz­nei­mit­teln zustän­dig ist. Wäh­rend des Ent­wick­lungs­pro­zes­ses führt das Unter­neh­men zudem Gly­kan­ana­ly­sen durch, um früh­zei­tig wert­vol­le Infor­ma­tio­nen für die Aus­wahl viel­ver­spre­chen­der Klo­ne zu erhal­ten.

Die iso­lier­ten Klo­ne wer­den im nächs­ten Schritt expan­diert: „Nor­ma­ler­wei­se wer­den die Zel­len dazu im Labor­maß­stab, also im Schüt­tel­kol­ben, her­an­ge­züch­tet. Vie­le Auf­trags­ent­wick­ler belas­sen es dabei.“ Damit die Zell­li­ni­en jedoch garan­tiert ska­lier­bar sind, füh­ren die Labor­mit­ar­bei­ter anschlie­ßend einen Pro­zess­trans­fer in Bio­re­ak­to­ren durch und lei­ten davon einen geeig­ne­ten Bio­pro­zess ab.

Doch die ‚bes­te‘ Zell­li­nie nutzt Phar­ma­un­ter­neh­men nichts, wenn sie nicht kul­ti­viert wer­den kann und die pro­du­zier­ten Bio­lo­gi­ka sich nicht auf­rei­ni­gen las­sen“, bemerkt Kober. Auf­grund des­sen beschränkt sich das Unter­neh­men nicht nur auf die Opti­mie­rung des Her­stel­lungs­pro­zes­ses in Bio­re­ak­to­ren. Dar­über hin­aus wird auch der pas­sen­de Auf­rei­ni­gungs­pro­zess ent­wi­ckelt und die Wirk­sam­keit der auf­ge­r­ei­nig­ten Bio­lo­gi­ka durch ver­schie­de­ne Bin­dungs­as­says und in Zell­kul­tur­mo­del­len über­prüft. Bei Bedarf wird zu den ent­wi­ckel­ten Zell­li­ni­en und dem Her­stel­lungs­pro­zess ein opti­mier­tes Nähr­me­di­um ange­bo­ten. In der Regel kommt hier das fir­men­ei­ge­ne Kul­ti­vie­rungs­me­di­um First CHOice zum Ein­satz, das von der Fir­ma ent­wi­ckelt wur­de. Mit der Hil­fe die­ses Medi­ums sowie den dazu­ge­hö­ri­gen Feeds las­sen sich im fina­len Her­stel­lungs­pro­zess sowohl die erreich­te Pro­dukt­kon­zen­tra­ti­on und damit die Pro­duk­ti­ons­kos­ten (Cost of goods) als auch die Pro­dukt­qua­li­tät der her­ge­stell­ten Bio­lo­gi­ka güns­tig beein­flus­sen.

Kurze Entwicklungszeit als Voraussetzung

Ins­ge­samt ver­ge­hen so bis zur Aus­lie­fe­rung der „fer­ti­gen Zell­li­nie“ samt Pro­zess nur sie­ben Mona­te: Vier Mona­te nimmt die Zell­li­ni­en­ent­wick­lung in Anspruch und drei Mona­te sind für die Bio­pro­zess­ent­wick­lung, die Ent­wick­lung des Auf­rei­ni­gungs­ver­fah­rens sowie für die Durch­füh­rung der Ana­ly­sen not­wen­dig. „Kur­ze Ent­wick­lungs­zei­ten  sind in der Phar­ma­bran­che essen­ti­ell da der Patent­schutz für Phar­ma­zeu­ti­ka in der Regel nach 20 Jah­ren aus­läuft“, betont Kober. „In die­ser Zeit müs­sen mög­lichst schnell alle Pha­sen der tech­no­lo­gi­schen Ent­wick­lung, diver­se kli­ni­sche Stu­di­en sowie das Zulas­sungs­ver­fah­ren erfol­gen, da sich nach Ablauf des Patent­schut­zes die Gewinn­mar­gen für die her­ge­stell­ten Medi­ka­men­te meist deut­lich ver­rin­gern. Hier zählt jeder Monat, denn kur­ze Ent­wick­lungs­zei­ten ermög­li­chen einen früh­zei­ti­gen Markt­ein­tritt und sichern damit den Gewinn noch vor Ablauf des Patents.“

Nach Abschluss der Ent­wick­lung unter­stützt das Unter­neh­men sei­ne Kun­den bei Bedarf auch beim Pro­zess­trans­fer in die Her­stel­lungs­an­la­ge und steht bei Pro­ble­men jeder­zeit zur Ver­fü­gung. „Unser Ziel ist es, dass alle Bio­lo­gi­ka an ihrem Bestim­mungs­ort in der­sel­ben Qua­li­tät pro­du­ziert wer­den kann, wie bei uns im Labor. Dazu gehö­ren neben einer sta­bi­len mono­k­lo­na­len Zell­li­nie auch das First CHOice Medi­um sowie der Her­stel­lungs- und der Auf­rei­ni­gungs­pro­zess“, bekräf­tigt Kober.