BMBF-Programm zur Entwicklung neuer Aufreinigungstechnologien gestartet

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Mit einem neuen Förderprogramm will das BMBF die Entwicklung neuer Aufreinigungstechnologien bei der Herstellung von biopharmazeutischen Wirkstoffen vorantreiben. Quelle: Rentschler

29.10.2007  - 

Die Herstellung von Biopharmazeutika ist ein kompliziertes Geschäft. Auf der einen Seite müssen die biologischen Produktionssysteme so maßgeschneidert sein, dass sie den entsprechenden Wirkstoff – zum Beispiel therapeutische Eiweiße – in seiner korrekten Funktionalität in hohen Mengen herstellen. Auf der anderen Seite bedarf es effizienter Aufreinigungstechnologien, um diese Wirkstoffe aus der von Mikroorganismen oder Säugetierzellen hergestellten Brühe herauszufiltern. Angesichts immer höherer Ausbeuten und besserer Herstellungsverfahren sind hier zunehmend neue Technologien gefragt. "In diesem Bereich liegt eine der größten Herausforderungen für die biopharmazeutische Branche", sagte Bundesforschungsministerin Annette Schavan am 26. Oktober in Ulm. Anlässlich einer Festveranstaltung zum zehnjährigen Bestehen der Bioregion Ulm stellte sie ein Förderprogramm zur Entwicklung neuer Aufreinigungstechnologien vor, für das das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den kommenden drei Jahren zehn Millionen Euro zur Verfügung stellt. 

Bei der Herstellung von biotechnologischen Arzneimitteln unterscheiden Experten zwischen dem Up-Stream und dem Down-Stream. Beide Prozesse sind für die Qualität des Produktes entscheidend: Beim Up-Stream kommt es darauf an, ein biologisches Produktionssystem wie Mikroorganismen oder Säugetierzellen so maßzuschneidern, dass am Ende die gewünschten Eiweiße hergestellt werden – inklusive aller für die therapeutische Wirksamkeit erforderlichen Eigenschaften. Dieser Prozess muss zudem so gestaltet sein, dass er im industriellen Maßstab in Fermentern erfolgen kann, die üblicherweise ein Fassungsvermögen von 500 bis mehreren tausend Litern aufweisen.

Im Down-Stream-Prozess wiederum müssen die Wirkstoffe so aufgereinigt werden, dass sie für einen therapeutischen Einsatz in Frage kommen: Schließlich entsteht durch die Mikroorganismen oder Säugetierzellen zunächst eine Art Brühe, in der neben den gewünschten Substanzen auch eine Vielzahl anderer Beiprodukte zu finden sind. Mittels mechanischer und thermischer Techniken wie Zentrifugation und Kristallation muss hierbei eine möglichst schnelle und saubere Aufreinigung erfolgen.

Dieser Film gibt einen kurzen Einblick, welche Chancen die Biotechnologie der Medizin eröffnen kann.Quelle: Fraunhofer IAIS im Auftrag des BMBF

Engpass bei der Aufreinigung

Angesichts der Effizienzsteigerung im Up-Streaming – also einer deutlichen Erhöhung der in den Fermentern gewonnenen Wirkstoff-Ausbeuten – tritt inzwischen bei der Aufreinigung immer deutlicher ein Engpass zutage. So seien die Ausbeuten von anfangs 0,1 Gramm pro Liter inzwischen auf gut 6 Gramm pro Liter gestiegen, erläuterte Geschäftsführer Nikolaus Rentschler des gleichnahmigen Arzneimittelproduzenten bei den Festlichkeiten zum zehnjährigen Bestehen der BioRegion Ulm am vergangenen Freitag. Gleichzeitig stünden diesen besseren Ausbeuten Verluste von 40 bis 60 Prozent der Zielproteine bei der Aufreinigung gegenüber, so der Produktionsexperte. "Auf die Entwicklung neuer Verfahren zu setzen, ist hier dringend notwendig", betonte er.   Bundesforschungsministerin Annette Schavan nutzte denn auch den feierlichen Anlass in Ulm, um ein weiteres Element der im Sommer gestarteten Pharma-Initiative vorzustellen: Mit bis zu zehn Millionen Euro fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den kommenden drei Jahren die Entwicklung neuer Aufreinigungstechniken für biotechnologische Produkte.

Förderung industrienaher Verbundprojekte und Nachwuchsforscher

Auf diese Weise sollen anwendungsnahe Verbundprojekte in Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft entstehen, die industrierelevante Bedeutung haben und sowohl Großunternehmen als auch mittelständische Unternehmen einbinden. Neben der Wirtschaft ist aber auch der akademische Nachwuchs angesprochen. Exzellente junge Forscher, die eine anwendungsorientierte Arbeitsgruppe leiten wollen, werden ebenfalls ausdrücklich zu einer Bewerbung aufgerufen. Hierbei sind insbesondere auch deutsche Wissenschaftler im Ausland angesprochen, die an eine Forschungseinrichtung in Deutschland zurückkehren wollen.

Im Rahmen des Förderprogramms sollen folgende Ziele erreicht werden:

- Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden, die das bekannte Methodenfeld der Trenntechniken erweitern und zu erhöhten Ausbeuten, Reinheiten und Kostenersparnissen biotechnologischer Produkte führen;

- Verbesserung des Technologietransfers durch Initiierung von Kooperationen zwischen Fachhochschulen, Hochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Industriepartnern, wobei neben Produkt- und Lohnherstellern insbesondere auch Hersteller von Geräten und Materialen einbezogen werden sollen;

- Bildung von Kompetenzzentren durch den nachhaltigen Aufbau anwendungsorientierter, interdisziplinär zusammengesetzter Arbeitsgruppen junger Nachwuchswissenschaftler.

Der Film erzählt die wechselvolle Geschichte des Familienunternehmens Rentschler, das immer mehr auf die Produktion biotechnologischer Arzneimittel setzt.Quelle: Fraunhofer IAIS im Auftrag des BMBF

Inhaltlich sind folgende Schwerpunkte gefragt:

1. Neue, innovative Trennprozesse in der Biotechnologie mit besonderer Berücksichtigung der Standardisierung, Modularisierung, Automatisierung und Miniaturisierung;

2. Entwicklung nichtchromatographischer Verfahren mit hoher Selektivität (wie u. a. Affinitätsfiltration und -präzipitation, Flüssig-Flüssig-Extraktion, modifizierte Membranen, elektrisch unterstützte Membrantrennprozesse, Feld-Fluss-Trennungen);

3. Weiterentwicklung und bessere verfahrenstechnische Charakterisierung (z. B. Hydrodynamik und Betriebsstabilität) von präparativen chromatographischen Verfahren. Hierzu zählen auch kontinuierliche Trennprozesse (wie z.B. Simulated Moving Bed, Annulare Chromatographie);

4. Entwicklung neuer chromatographischer Trägermaterialien: Innovative Liganden, neue Basismaterialien (Partikel, Membranen und Monolithe), "Einmalgele", Immobilisierungen von Liganden im Auftrag der Industrie ("Designer Resins"), neue "intelligente" Polymere für die Oberflächenmodifikationen; Charakterisierung der Packprozesse von präparativen Axial- und Radialsäulen;

5. Entwicklung analytischer Methoden für neue "Downstream Processing"-Verfahren und die Integration analytischer Methoden in das Prozessdesign (insbesondere als Hochdurchsatz- bzw. In-line-Analytik);

6. Konzepte für das Scale-up von Trennprozessen;

7. Methoden zur Virusabreicherung und Validierung;

8. Methoden zur Verfahrensentwicklung auf Basis von Scale-Down-Modellen sowie Hochdurchsatz-Screening für die in der Biotechnologie verwendeten Prozessschritte und deren Parameter;

9. Entwicklung von skalierbaren Kristallisationsverfahren zur industriellen Gewinnung von Makromolekülen aus unreinen Produktlösungen sowie zur Endformulierung.

Erste Projektskizzen müssen bis zum 15. Januar 2008 beim Projektträger Jülich eingereicht werden. Ansprechpartner ist Dr. Rudolf Straub (r.straub@fz-juelich.de).

Mehr Informationen zur Förderbekanntmachung des BMBF erhalten Sie hier