Mit Highspeed zum neuen Biotherapeutikum

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.