Forschung für die Impfstoff-Produktion von morgen

Zur Bekämpfung der aktuellen Covid-19 Pandemie und künftiger Infektionskrankheiten ist eine schnelle und sichere Herstellung von Impfstoffen in großen Mengen notwendig. Für die Herstellung von Impfstoffen und Wirkstoffen für Medikamente haben sich z.B. sogenannte Single-Use Bioreaktoren bewährt, in denen sterile vorkonfigurierte Kultivierungs-Bags in einem Bag-Halter aus Edelstahl eingesetzt werden, die eine besonders saubere, flexible und sichere Produktion ermöglichen. Durch die Gestaltung und enorme Größe der Reaktoren von bis zu 2000 Litern ergeben sich allerdings Herausforderungen hinsichtlich einer optimalen Prozessführung. So dürfen die tierischen Zellen, die den Impfstoff produzieren, nicht zu stark beansprucht (gerührt und begast) werden und müssen dennoch ausreichend Sauerstoff und Näherstoffe erhalten.

Zur Optimierung der Prozessführung wurde daher im Technikum (Gebäude O) der Technischen Universität Hamburg (TUHH), ein transparenter Nachbau eines Single-Use Bioreaktors der Firma Sartorius AG errichtet. An diesem Apparat kann u.a. untersucht werden, wie sich Gas und Flüssigkeit optimal verteilen lassen, um den tierischen Zellen die idealen Produktionsbedingungen zu schaffen. „Den tierischen Zellen geht es nicht anders als uns.“ sagt Jürgen Fitschen, Leiter der Arbeitsgruppe „Bioreaktorentwicklung“ am Institut für Mehrphasenströmungen. „Zu wenig Sauerstoff und zu viel Stress führt zu Unwohlsein und schlechten Arbeitsergebnissen. Darum wollen wir den Zellen eine möglichst angenehme Arbeitsatmosphäre schaffen.“.

Transparenter Nachbau eines 2000L Single-Use Bioreaktors der Firma Sartorius AG zur Untersuchung der optimalen Herstellungsbedingungen für Impfstoffe im Technikum der TUHH (©: Fitschen, Bernemann)

Eine weitere Herausforderung ist das sogenannte „Scale-Up“. Da neue Wirkstoffe zunächst in sehr kleinem Maßstab entwickelt werden, ist dann eine möglichst schnelle und genaue Skalierung der Prozessbedingungen auf den Produktionsmaßstab notwendig. Nur wenn dies sicher beherrscht wird, erhält ein neues Medikament die Marktzulassung. Daher werden am Institut für Mehrphasenströmungen Untersuchungen an Bioreaktoren auf unterschiedlichsten Maßstäben von 3 Liter bis 15000 Liter durchgeführt. „Besonders freuen wir uns über den direkten Austausch mit der Industrie“ sagt Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter, Leiter des Instituts für Mehrphasenströmungen. „In regelmäßigen Workshops erhalten unsere Projektpartner aus der Industrie die Möglichkeit, selbst an den Apparaten zu experimentieren und erlangen tiefe Einblicke in die Bioprozesse, die Ihnen sonst verwehrt sind. Normalerweise bestehen die Bioreaktoren aus Edelstahl und unterliegen so strengen Hygienevorschriften während der Produktion, dass sie unzugänglich sind.“ Und auch für die Studierenden ergeben sich viele Möglichkeiten an den Projekten mitzuwirken und sich optimal auf die berufliche Zukunft vorzubereiten. So erfreut sich der neue Studiengang „Chemie- und Bioingenieurwesen“ der Hamburger Verfahrenstechnik nicht zuletzt durch die Forschung an solch spannenden Zukunftsthemen zunehmender Beliebtheit.

 

Ansprechpartner:

Jürgen Fitschen

Tel. +49 40 42878-2031

juergen.fitschen@tuhh.de

Vincent Bernemann

Tel.: +49 40 42878-2603

vincent.bernemann@tuhh.de

Technische Universität Hamburg (TUHH)

Institut für Mehrphasenströmungen

Eißendorfer Str. 38

21079 Hamburg