
Ventile für die Pharmaindustrie: Wie Armaturen die Qualität von Medikamenten sicherstellen
Ventile für die Pharmaindustrie: Wie Armaturen die Qualität von Medikamenten sicherstellen
Mit dem Durchschnittsalter der Weltbevölkerung wächst der Bedarf an neuen Medikamenten und fortschrittlichen Produktionsprozessen in der Pharmaindustrie. Membranventile spielen eine Schlüsselrolle bei der Sicherstellung einer effizienten und kontaminationsfreien Produktion.
Biopharmazeutika bieten neue Möglichkeiten
Ein besonders dynamisches Feld der Entwicklung neuer Medikamente sind Biopharmazeutika. Dies sind Arzneimittel, die mithilfe lebender Zellen hergestellt werden, in die menschliche Gene eingefügt wurden. Sie ermöglichen hochpräzise und oft sehr wirksame Behandlungsansätze, die mit herkömmlichen Arzneimitteln nicht erreichbar wären. So hat die Gewinnung von Insulin durch Bakterien oder Hefezellen statt aus den Bauchspeicheldrüsen von Tieren die Produktion sicherer und effizienter gemacht. Ein weiteres Beispiel sind monoklonale Antikörper, die zur Behandlung von Krebs und Autoimmunerkrankungen eingesetzt werden, wie Trastuzumab für Brustkrebs und Adalimumab für rheumatoide Arthritis.
Da Biopharmazeutika oft große, komplexe Moleküle wie Proteine oder Antikörper sind, die in lebenden Zellen hergestellt werden, unterscheidet sich ihre Produktion erheblich von der chemischen Synthese konventioneller Medikamente. Ihre Herstellung ist ein komplexer Prozess, der eine präzise Kontrolle und spezialisierte Technologien erfordert.
Der erste Schritt besteht darin, das Gen für das gewünschte Protein oder den Antikörper zu identifizieren und zu isolieren. Dieses Gen wird dann in eine Wirtszelle integriert, die von einem Menschen oder einem Tier stammen oder auch eine Bakterie oder eine Hefezelle sein kann. Diese produziert dann das gewünschte Protein. Etwa 80 Prozent aller Biopharmazeutika werden mithilfe von CHO-Zellen (Chinese-Hamster-Ovary-Zellen) hergestellt, die alle von Zellen aus den Eierstöcken eines einzigen chinesischen Hamsters abstammen, die 1957 an der University of Colorado entnommen wurden.
Während der Kultivierung, auch Upstream-Prozess genannt, werden die so veränderten Zellen in Bioreaktoren kultiviert und produzieren dort das gewünschte Protein. Diese Bioreaktoren können mehrere Tausend Liter umfassen und sind so gestaltet, dass Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffzufuhr und Nährstoffkonzentrationen präzise gesteuert werden. Nach der Kultivierung werden die Zellen und das Kulturmedium geerntet.
Danach folgt der Downstream-Prozess, währenddem das Kulturmedium mit den Zellen gereinigt wird. Filtration, Zentrifugation oder Chromatografie entfernen Zelltrümmer, Nebenprodukte und andere Verunreinigungen. Schließlich wird das Protein in einer stabilen Formulierung aufbereitet und unter sterilen Bedingungen in Fläschchen, Spritzen oder andere Darreichungsformen abgefüllt. Bei all diesen Prozessen spielen Armaturen wie etwa die SISTO-C-Membranventile von KSB eine entscheidende Rolle für die Steuerung.
Komplexe Prozesse benötigen präzise Steuerung
Die Herstellung von Biopharmazeutika ist ein komplexer Prozess, der hohe Anforderungen an Armaturen stellt. Da moderne Bioreaktoren meist vollautomatisiert sind, müssen Ventile eine Integration in das Prozessleitsystem ermöglichen, damit alle Produktionsschritte genau überwacht und geregelt werden können. Der Gehalt von Sauerstoff, CO₂ und Nährstoffen in den Bioreaktoren muss präzise gesteuert werden, da Schwankungen das Wachstum der Zellen und die Qualität der produzierten Medikamente beeinträchtigen können.
Besonders wichtig für Pharmaventile ist Hygiene, da Kontaminationen mit Bakterien, Pilzen oder Viren zu kostspieligen Produktionsausfällen führen können. Bereits bei der Entwicklung muss daher auf Reinigbarkeit, Selbstentleerung, Totraumfreiheit und geeignete Werkstoffe geachtet werden. In der Fertigung sind hohe Qualitätsstandards einzuhalten, um die erforderliche Oberflächengüte sicherzustellen. Zudem sollten Armaturen für Clean-in-Place-(CIP)- und Sterilize-in-Place-(SIP)-Prozesse geeignet sein, sodass sie ohne Demontage gereinigt und sterilisiert werden können. Um diese Anforderungen sicherzustellen, unterliegen pharmazeutische Anlagen einer strengen Validierung, zum Beispiel durch die Good Manufacturing Practices der EU oder die Guidelines der International Society for Pharmaceutical Engineering (ISPE).