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Biomanufacturing

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Copyright © 2016 Merck KGaA. Alle Rechte vorbehalten.

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Intro Soll ich‘s wirklich machen oder lass ich‘s lieber sein?

Ob die im eigenen Haus entwickelte Arznei auch selbst hergestellt wird, muss mit langem Vorlauf festgelegt werden. Und während die Hip-Hop-Gruppe Fettes Brot auf die Frage „Soll ich‘s wirklich machen oder lass ich‘s lieber sein?“ noch mit entschiedenem „Jein“ antwortete, fehlt Medikamentenentwicklern diese Option.

Eine aktuelle Studie zeigt: Immer häufiger fällt die Entscheidung gegen eine eigene Produktion (s. S. 32f). Längst kommen Lohnhersteller nicht mehr nur zum Zuge, um kurze Produktionslücken abzupuffern, sondern werden als langfristige und strategische Partner in Entwicklungsprozesse eingebunden.

Und es sind nicht mehr nur die kleinen Biotech-Firmen, die auf Dienstleister setzen.

So hat der deutsche Branchenprimus Bayer beispielsweise erst kürzlich eine Produktionsanlage in Kanada an das griechische Unternehmen Famar abgegeben, einen der größten Lohnhersteller weltweit für niedermolekulare Wirkstoffe. In Pointe-Claire, Quebec, wurden vor allem rezeptfreie Salben und Cremes sowie weitere flüssige und feste Darreichungsformen produziert.

Lonza, Merck und Boehringer investieren in Kapazitätsausbau Der Schweizer Lohnhersteller Lonza nutzte bei der Vorlage der jüngsten Quartalsergebnisse die Gelegenheit, weitere Investitionen in bestehende Produktionsanlagen anzukündigen. „Im stärksten ersten Quartal der Firmengeschichte,“ hätte die Nachfrage vor allem in der Zellkultur, bei den klinischen Entwicklungsdienstleistungen sowie bei zellbasierten und viralen Therapien zugelegt. Nun gelte es, die eigenen Kapazitäten an die steigende Nachfrage anzupassen, teilte Lonza mit. Möglicherweise auch durch Zukäufe? Den Baselern wird jedenfalls ernsthaftes Interesse am US-Konkurrenten Catalent Inc. nachgesagt. Mit einer Marktkapitalisierung von 3,7 Mrd. US-Dollar ist Catalent an der Börse knapp halb so viel wert wie Lonza.

Bislang hätten sich die beiden Unternehmen nicht auf einen Preis verständigen können und es gebe keine Gewissheit, dass die Gespräche weitergeführt würden, heißt es in Medienberichten. Käme die Transaktion zustande, würde Lonza sein Geschäft mit Kunden aus der Pharma- und Biotech-Branche mehr als verdoppeln. Nachvollziehbar, warum Analysten wie Michael Nawrath von der ZKB die Übernahme als „durchaus sinnvoll“ erachten.

Auch andernorts wird kräftig investiert: So hat die deutsche Merck KGaA die Frage nach eigenen Produktionskapazitäten unlängst zum wiederholten Male mit Ja beantwortet. Im französischen Martillac wurde Anfang Mai eine neue Produktionslinie im 2.000-Liter-Maßstab in Betrieb genommen. Hersteller des Einwegsystems: Merck, genauer die hauseigene LifeScience-Sparte, die aus der Verschmelzung von Merck Millipore und Sigma-Aldrich hervorgegangen ist. Die Doppelrolle als Zulieferer und Produzent könnte auch Kunden von Merck nützen, betont Udit Batra, der die Life-ScienceSparte von Merck leitet. Könnte der Übergang in die kommerzielle Fertigung so doch in jedem Fall effizient gestaltet werden: Entweder in einer bestehenden Anlage oder einer, bei deren Planung und Bau Merck den Kunden unterstütze.

Bereits Anfang Mai haben die Darmstädter das nächste Ausbauprojekt angekündigt: Im kalifornischen Carlsbad sollen die bestehenden Kapazitäten für virale und genbasierte Therapien erweitert werden. Insgesamt 16 modulare Fertigungslinien für virale Therapien, dazu weitere Reinräume und Lagerflächen sollen auf einer Fläche von rund 6.000 m2 entstehen.

Mit Doppelrollen kennt man sich auch beim Pharmakonzern Boehringer Ingelheim aus: Einerseits Therapieentwickler, andererseits auch einer der weltgrößten Lohnhersteller von Biotech-Arzneien. Die Zeichen stehen hier ebenfalls auf Wachstum. Der Standort WienMeidling wird für mehr als 500 Mio. Euro ausgebaut – die höchste je getätigte Einzelinvestition in der Geschichte des Unternemens. Bis 2021 werden dort eine biopharmazeutische Produktionsanlage und die dazugehörigen Betriebsgebäude errichtet. 400 neue Arbeitsplätze entstehen.

Die neue Nummer 1 Dass es noch eine Nummer größer geht, ist derzeit in Asien zu beobachten. Ursprünglich baute Samsung Biologics in Songdo, Südkorea, sechs Bioreaktor-Linien zu je 5.000 Litern auf. Bereits seit einiger Zeit wird an der ersten Ausbaustufe gearbeitet: Zehn weitere Reaktoren im 15.000-Liter-Maßstab. Ende 2015 kündigte Samsung an, die Kapazität noch einmal zu verdoppeln. Kostenpunkt: 740 Mio. US-Dollar. Gehen alle Fermenter wie geplant bis Ende 2018 in Betrieb, so wäre Songdo nach derzeitigem Stand mit 360.000 Litern Fermenterkapazität der größte BiopharmaProduktionsstandort der Welt.

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Spezial

Biomanufacturing: Die (R)Evolution im Kleinen Marktentwicklung Biopharmazeutika werden häufig in immer kleinskaligeren Anlagen hergestellt. Anbieter müssen sich daran anpassen, um am Markt erfolgreich zu agieren.

nehmen schlimmstenfalls mit einer Produktionsanlage, aber ohne Arznei da.

Vor diesem Hintergrund entscheiden immer mehr Pharmaunternehmen, dass die (biotechnologische) Herstellung von Arzneimitteln nicht länger zu den eigenen Kernkompeten-

Expressionssysteme/Wirtszellen für zugelassene Biopharmazeutika Gruppe Bakterien

System E. coli

Hefen

Saccharomyces cerevisiae Pichia pastoris

3

Insektenzellen

Trichoplusia ni (High Five)

1

Säugerzellen, nicht-human

Spodoptera frugiperda Sf21 Chinese Hamster Ovary (CHO)

3 57

Murine Myleom-/Hybridom-Zellen

17

26

Baby Hamster Kidney (BHK)

3

Madine-Darby canine kidney (MDCK)

2

Hühnerembryo-Kultur

6

Hühnereier (Influenza-Vakzine) Säugerzellen, human

Anzahl von Biopharmazeutika 75

27

Fibroblasten

4

Embryonale Nierenzellen (HEK)

1

Präputium

4

Autologe Zellen

6

Humane Zellen, Genaktivierung

2

Humane Zellen, EBV-Transformation

1

Ziege, transgen

1

Kaninchen, transgen

1

Quelle: Biopharma: Biopharmaceutical Product in the US and European Markets, 2014

I 32

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zen gehört. Der Trend, Lohnhersteller mit der Produktion zu beauftragen, ist ungebrochen.

Bei der Herstellung von Arzneien in Säugerzelllinien führt inzwischen nur noch rund ein Drittel der Unternehmen (35,3%) alle Schritte selbst durch, hat der Marktforschungsspezialist Bioplan Associates in einer Umfrage ermittelt. Vor zehn Jahren war es noch eine deutliche Mehrheit (57,6%).

In der Produktion kommen aktuell vor allem mikrobielle Systeme oder Säugerzellen tierischen Ursprungs zum Einsatz. Insektenzellen spielen ebenso wie menschliche Zellen oder transgene Tiere nur eine untergeordnete Rolle (siehe Tabelle).

A

M

Rasantes Wachstum, hoher Investitionsbedarf Der Markt für die Herstellung von Biopharmazeutika wächst seit Jahren, die durchschnittliche Wachstumsrate liegt bei rund 15%. Für das Jahr 2015 schätzt Bioplan den Gesamtmarkt auf mehr als 200 Mrd. US-Dollar, davon entfallen allein 130 Mrd. US-Dollar auf rekombinante Proteine. Ein Ende des Booms ist den Experten zufolge vorerst nicht abzusehen: Von mehr als 10.000 Wirkstoffkandidaten in der klinischen Entwicklung seien mehr als 40% biotechnologischen Ursprungs.

Trotz des expansiven Wachstums: Die biopharmazeutische Herstellung von Arznei-

Abb.: Boehringer

Für Hersteller von Biopharmazeutika ist die Gemengelage in den vergangenen Jahren nicht einfacher geworden. An die Bioreaktoren werden höchste Ansprüche im Hinblick auf Effizienz und Qualität gestellt. Die Summen, die für den Neubau einer Anlage investiert werden müssen, sind erheblich: Kalkulieren Experten für klassische stahlbasierte Produktionssysteme – je nach konkreter Auslegung und Größe – zwischen 50 Mio. Euro und 150 Mio. Euro, so sind es selbst für die flexibleren Einwegsysteme noch immer 20 Mio. Euro bis 40 Mio. Euro. Abgesehen davon, ob kleinen, spezialisierten Biotech-Firmen diese Summen überhaupt zur Verfügung stehen: Um die rasche Marktversorgung mit einer Arznei nach der Zulassung sicherzustellen, müsste eine entsprechende Investitionsentscheidung mit großem zeitlichen Vorlauf getroffen werden.

Läuft in der klinischen Entwicklung später etwas nicht so wie geplant, steht das Unter-

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P

P

Spezial

36%

Personalisierte Medizin und kleinskalige Produktion

33%

Prozessentwicklung für Stammzellen

30%

Wissenstransfer

29%

GMP-Compliance

28%

Upstream-Processing

Paradigmenwechsel steht an

22%

Filtration großer Volumen

19%

Kontinuierliche Herstellung

17%

Hochskalierung

14%

Technologietransfer

13%

Downstream-Processing

Quelle: Insight Pharma Reports Biomanufacturing Capacity Strategies: Developing a Flexible, Scalable and Lean Biomanufacturing System

Herausforderungen im Biomanufacturing 2015 bis 2020 mitteln verlangt kontinuierliche Investitionen, damit Anlagen und Produktionssysteme dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.

Eine Reihe von äußeren Faktoren wirbelt die Grundfesten der Branche durcheinander. Die Zahl der Blockbuster-Arzneien geht zurück, nicht zuletzt durch Patentabläufe. Gleichzeitig erlaubt der wissenschaftliche Fortschritt

Das alles macht deutlich: Vor allem kleinund mittelskalige Systeme dürften in Zukunft nachgefragt werden. Kaum verwunderlich, dass zahlreiche Biopharmazie-Hersteller genau hier die größte Herausforderung der kommenden Jahre sehen (siehe Abbildung).

immer höhere Produktionstiter und Zellkonzentrationen – und das bei möglicherweise potenteren Wirkstoffen oder effizienteren Darreichungsformen. Zugleich sorgt der Trend zur personalisierten Medizin und therapiebegleitenden Diagnostik dafür, dass die Patientenpopulationen für bestimmte Arzneien immer kleiner werden.

Eine Antwort bieten offenbar die in den vergangenen Jahren immer populärer gewordenen Einweg-Produktionssysteme. Sie führen nicht nur zu einer höheren Flexibilität in der Produktion. Inzwischen gibt es auch erste Anbieter, die mit robusten containerbasierten Einwegsystemen die Arzneiproduktion in abgelegeneren Regionen beispielsweise in Afrika ermöglichen. Auch die kurze Haltbarkeit vieler stammzellbasierter Arzneien, die derzeit noch in der Entwicklung sind, dürfte dazu führen, dass die Arzneiproduktion näher in Richtung Patient verschoben wird. Es ist ein Paradigmenwechsel in vollem Gange: Die Zukunft des Biomanufacturing ist nicht der zentrale Stahl-Großfermenter, sondern die flexible, sich anpassende, dezentrale Produktion. b.kaltwasser@biocom.de

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Spezial

Pharmaproduktion: „E. coli bietet riesige Vorteile“ Interview Thomas Maier, Geschäftsführer der Wacker Biotech GmbH über jüngste Geschäftserfolge und die Zukunft der mikrobiellen Pharmaproduktion. |transkript Herr Maier, vor wenigen Wochen hat Wacker Biotech bekanntgegeben, dass es das Pharmaunternehmen Medac für die Marktversorgung mit dem Wirkstoff L-Asparaginase beliefern wird. Wie ordnen Sie diesen Erfolg ein?

|transkript Womit haben Sie damals gepunktet? Erfahrung kann es da ja noch nicht gewesen sein.

Maier Die besondere Kompetenz, die Medac in Jena gefunden hat, ist eine Hochzelldichte-Technologie für E. coli. Deren Wurzeln gehen zurück auf die akademische Forschung vor Ort. Es gibt bereits eine Asparaginase auf dem Markt, die mit einem nichtrekombinanten E.-coli-Stamm im Maßstab von 20.000 Litern hergestellt wird. Dank unserer Hochzelldichte-Technologie reicht nun eine Anlage im 300-Liter-Maßstab, um die Marktversorgung sicherzustellen. Das war und ist unser Ansatzpunkt: Über die technologische Stärke zu einem effizienten Verfahren zu kommen, mit dem ein hochqualitatives Produkt kostengünstig hergestellt wird. |transkript Was waren die größten Hürden, die es zu überwinden galt?

Maier Bei den langen Entwicklungszeiten in der Pharma-Industrie gibt es natürlich in I 34

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|transkript Bei der Prozessentwicklung wird häufig auf Simulationen gesetzt. Wo liegen die Grenzen der Modellierung?

Dr. Thomas Maier ist Geschäftsführer der Wacker Biotech GmbH. Der promovierte Mikrobiologe stieß ursprünglich 1997 zur Konzernmutter Wacker Chemie AG und war dort in verschiedenen Positionen in der Forschung und im Marketing tätig. Anfang 2005 wurde er Geschäftsführer von Wacker Biotech und war in dieser Position für den Aufbau der Firma verantwortlich, der mit den Akquisitionen des Start-ups Prothera GmbH in Jena (2005) und der Scil Proteins Production GmbH in Halle/Saale (2014) seine bisherigen Höhepunkte erreichte.

jedem Projekt Hoch- und Tiefpunkte. Den größten Lerneffekt für uns gab es, als es um die Prozessvalidierung ging. Damit ein Prozess zugelassen wird, muss er robust sein.

Um dies zu erreichen, müssen Sie die kritischen Prozessparameter wirklich verstehen und wissen, in welchen Grenzen Sie diese Parameter führen müssen, um am Ende ein hochwertiges Endprodukt zu erhalten. |transkript Ausgerechnet in der Validierungsphase mussten Sie den Prozess noch einmal neu planen.

Maier Richtig. Die Anlage in Jena hätte in ihrer ursprünglichen Auslegung den Marktbedarf für Spectrila nicht decken

Maier Simulationen helfen sicherlich, wenn es darum geht, effiziente Prozesse zu entwickeln. Wir nutzen diese Verfahren auch.

Aber wenn es um die Zulassung geht, wollen die Behörden echte Daten sehen, die nicht nur per Modellierung errechnet, sondern im tatsächlichen Betrieb ermittelt wurden. |transkript In Ihrer zweiten Anlage in Halle/Saale wird das Thrombolytikum Reteplase für die Marktversorgung hergestellt. Anders als bei Asparaginase haben Sie dort die Produktion für einen bereits zugelassenen Wirkstoff übernommen. Wie unterscheiden sich die Anforderungen an einen Lohnhersteller in dieser Hinsicht?

Maier Wenn es um die Marktversorgung geht, stehen vor allem das hohe Qualitätsbzw. GMP-Niveau, die Zuverlässigkeit des Herstellers und die Konsistenz der Produktqualität im Vordergrund. In der frühen Arzneientwicklung suchen Kunden hingegen eher Innovation. Dort geht es darum, mit neuen Technologien und kreativen Ansätzen einen möglichst guten Prozess zu entwickeln, um das Produkt kostengünstig herzustellen. Ideal ist natürlich, wenn man – so wie wir – beides beherrscht. |transkript In Frankreich hat sich Wacker kürzlich als innovativer Forschungsdienstleister akkreditieren lassen.

Maier Französische Kunden von Wacker Biotech können nun Steuervergünstigungen von bis zu 30% auf ihre ausgelagerten F&E-Aufwendungen geltend machen. Die

Abb.: Wacker Chemie AG

Maier Für uns ist die EU-Zulassung als Hersteller dieses Wirkstoffs etwas ganz Besonderes. Asparaginase, der Wirkstoff von Spectrila, ist das erste Produkt, bei dem der gesamte Herstellprozess von der ersten Zelllinie bis zur kommerziellen Produktion komplett bei Wacker Biotech entwickelt wurde. Wir haben gezeigt, dass wir die komplexen Anforderungen an die Entwicklung und Validierung von mikrobiellen Herstellprozessen beherrschen. Es gibt in Europa nur eine Handvoll Hersteller, die das von sich behaupten können. In diese Top-Liga sind wir nun aufgestiegen.

können. Wir mussten den Prozess daher ändern. Wie immer, wenn Sie mit lebenden Zellen arbeiten, kann es dabei Effekte geben, die nicht alle vorherzusehen sind.

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Anerkennung als besonders innovatives Unternehmen gilt zunächst für die kommenden drei Jahre. Auslöser für uns war, dass ein bestehender Kunde uns gebeten hat, die Akkreditierung anzustreben, damit er die Möglichkeit der Steuergutschrift nutzen kann. Wir sehen die Zertifizierung eher als Nachweis unserer Innovationsstärke, merken aber durchaus, dass wir so auch für französische Kunden attraktiver geworden sind. |transkript Was hat Wacker denn in den Augen der französischen Behörden Innovatives zu bieten?

Maier Wir haben vor allem mit unserer Esetec-Sekretionstechnologie und der Foldtec-Rückfaltungsplattform gepunktet.

Esetec ermöglicht die hocheffiziente extrazelluläre Produktion von Proteinen mittels E. coli K12. Mit der zweiten Generation der Sekretionstechnologie sind etwa für Antikörperfragmente Ausbeuten von mehreren Gramm pro Liter möglich. Bei Foldtec kommen E. coli-Stämme zum Einsatz, die für qualitativ hochwertige Einschlusskörper und höhere Ausbeuten optimiert wurden. Die Proteinrückfaltung ist ein zentraler Produkti-

onsschritt, wenn es darum geht, bestimmte Wirkeigenschaften bei Substanzen zu erreichen, die sich schlecht lösen lassen und so Einschlusskörper innerhalb der Zelle bilden. |transkript Spricht man mit Marktteilnehmern, so könnte man den Eindruck bekommen, Säuger- oder menschliche Zellen seien das Maß der Dinge. Wacker setzt hingegen auf die mikrobielle Fermentation. Wie kommt das?

Maier Wir konzentrieren uns ganz bewusst auf das mikrobielle Segment und wollen die spezielle Kompetenz, die wir uns dort erarbeitet haben, weiter stärken. Bisher sind überwiegend Antikörper-Arzneien zugelassen. Die Wirkung dieser Immunmoleküle wird durch die richtigen Glycosylierungsmuster entscheidend beeinflusst. In der klinischen Forschung gewinnen inzwischen aber beispielsweise Antikörperfragmente oder Fusionsproteine zunehmend an Bedeutung.

Diese neuen Proteinformate sind in Säugerzellen aber häufig nur schwierig herzustellen. |transkript Für die richtige Glycosylierung sind Säugerzellen unverzichtbar.

Maier Das stimmt. Aber bei einigen Antikörpern ist die Bindung an ein bestimmtes Target viel wichtiger als eine Stimulation des Immunsystems. Dafür braucht es keine Glycosylierung. Und dann bietet E. coli unschlagbare Vorteile: Säugerzellen sind meist etwa zwei Wochen im Bioreaktor, bevor man ein Produkt ernten kann. Bakterienzellen wachsen viel schneller, da kann ich häufig schon nach zwei oder drei Tagen ernten.

Auch die Stammentwicklung ist in Bakterienzellen wesentlich schneller. Und das kann bares Geld sparen: Stellen Sie sich vor, Sie können eine Blockbuster-Arznei dank der schnellen Stammentwicklung früher auf den Markt bringen. Da geht es schnell um hunderte Millionen Euro zusätzliche Erlöse. |transkript E. coli war anfangs das Arbeitstier in der Biopharmazie. Wieso änderte sich das?

Maier E. coli ist in den vergangenen Jahrzehnten etwas aus dem Fokus geraten, weil es durch die Antikörper den Druck gab, in Säugerzellen zu produzieren. Daher wurde vergleichsweise wenig an E. coli geforscht.

Zudem war es – anders als bei Säugerzel-

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Biopharmazeutische Produktion bei Wacker Biotech in Halle/Saale len – bei E. coli zum Beispiel lange Zeit unmöglich, Wirkstoffe zu sekretieren.

Das machte dann teure, teils mehrstufige Verfahren zum Zellaufschluss und zur Aufreinigung notwendig. Das haben wir mit unserer Esetec-Sekretionstechnologie geändert. Da haben Sie jetzt alle Vorteile der Säugerzelle, bekommen die Herstellung aber kostengünstiger und schneller hin – mit Ausnahme der Glycosylierung natürlich. Wir haben im vergangenen Herbst einen Lizenzvertrag mit Medimmune zu unserer Sekretionstechnologie Esetec 2.0 unterschrieben – weniger als ein Jahr nach Markteinführung. Die Experten der Biologics-Sparte von AstraZeneca haben festgestellt, dass Esetec bei der Produktion eines Antikörperfragmentes wesentlich effizienter ist als die am Markt etablierten Verfahren mit CHO-Säugerzellen. |transkript Schaut man in den Geschäftsbericht 2015, so fällt auf, dass der Mutterkonzern Wacker Chemie AG derzeit vor allem in ein Chemiewerk in den USA investiert. Ist die Lust auf Biotechnologie schon wieder abgekühlt?

Maier Im Gegenteil. Schauen Sie sich doch die bisherige Entwicklung von Wacker Biotech an: Wir haben 2005 das Startup Prothera in Jena erworben und den Standort seitdem planvoll weiterentwickelt.

Im Jahr 2010 haben wir dort noch einmal sehr stark investiert, die Anlage vergrößert, GMP-gerecht umgebaut und ein zusätzliches Laborgebäude errichtet. 2014 folgte die Übernahme der Scil Proteins Production GmbH in Halle/Saale, wodurch unsere Kapazitäten für Prozessentwicklung und Produktion verdoppelt wurden. Das ist, denke ich, ein sehr konzentriertes und mutiges Vorgehen. Es zeigt, wie sich ein Konzern wie Wacker – der klassisch eigentlich sehr

stark in der Chemie verwurzelt ist – zielgerichtet in die Biotechnologie vorarbeitet. |transkript Trotzdem: Allein für den Aufbau des Polysiliciumwerks in Charleston, Tennessee, wurden 2,5 Mrd. US-Dollar in die Hand genommen. In die Biotechnologie floss bisher nur ein Bruchteil.

Maier Das ist auch eine Frage der Relationen. Im Bereich Polysilicium ist Wacker in den vergangenen Jahren sehr erfolgreich gewesen, hat sich als einer der Weltmarktführer behauptet. Dafür sind natürlich große Investitionssummen notwendig.

Trotzdem ist regelmäßig in Wacker Biotech investiert worden. Das ist auch eine Frage der richtigen Geschwindigkeit: Es nützt ja nichts, irgendwo eine riesige Anlage zu errichten, wenn es nicht gleichzeitig die Kompetenz gibt, diese Anlage auch zu nutzen. Man kann auch zu schnell investieren und so Geschäfte kaputtmachen. |transkript Dann sind Sie zufrieden mit dem Erfolg?

Maier Ja, sehr. Untersuchungen zufolge liegt die Erfolgsquote für Konzerne, die sich mit neuen Produkten in neue Geschäftsfelder wagen, nur bei rund 15–20% … |transkript

Die meisten scheitern also?

Maier Für uns jedenfalls ist der Plan aufgegangen, sich schrittweise in ein neues Gebiet vorzuarbeiten. Wir haben jedes Jahr zweistellige Wachstumsraten. Nach meinen Recherchen gibt es etwa 20 bis 30 biopharmazeutische Wirkstoffe, die in Deutschland hergestellt werden. Zwei davon gibt es bei uns. Das ist doch eine substantiell positive Entwicklung. b.kaltwasser@biocom.de

Abb.: Wacker Chemie AG

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Rezeptorbindungsassays zur Wirkstoffcharakterisierung Biomanufacturing Für den Nachweis der biologischen Wirkung in der prozessbegleitenden Analytik und für Freigabetests spielen Bindungsstudien und zellbasierte Assays eine große Rolle. von Annika Lubitz, Christian Demmler und Christoph Giese, ProBioGen AG, Berlin lassen sich in Multiwell-Plattenassays oder durchflusszytometrisch nachweisen. Für einige Assays müssen primäre Blutzellen eingesetzt werden, für andere kommen ausschließlich etablierte Zelllinien zum Einsatz.

Es finden auch zunehmend Reportergen-Assays Anwendung. Zellbasierte Assays sind naturgemäß aufwendiger in der Durchführung, im Durchsatz limitiert und man ist bei den Ergebnissen mit höheren Variabilitäten konfrontiert. Bindungsassays sind hier für bestimmte Anwendungen eine sinnvolle Alternative, insbesondere in Aufwand, Durchsatz und Robustheit.

Mit einer besonderen Gruppe von Bindungsassays lässt sich die Effektorfunktionalität von Antikörpern überprüfen. Es sind verschiedene Bindungsstellen am Fc-Teil von IgG-Antikörpern beschrieben. Diese binden an entsprechende Fc-Rezeptoren auf Effektorzellen. Die Bindungsstärke zum Rezeptor korreliert mit der Effektorfunktion (Pharmakodynamik) oder aber auch mit der

FcRn-Bindungsstudie mittels Biolayer-Interferometrie für verschiedene BiosimilarKandidaten: Natalizumab (α4-Integrin mAb), Trastuzumab (HER2/neu mAb), Bevacizumab (VEGF mAb) und Infliximab (TNFα mAb) I 38

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Verweildauer im Blutkreislauf (Pharmakokinetik). Letztere wird beispielsweise durch die Bindung an den Fc-Rezeptor neonatal (FcRn) beeinflusst. Die Bestimmung der Fc-FcRn-Bindung in vitro ist ein etabliertes Surrogatmodell für den Vergleich von Antikörperkandidaten (siehe Abb.).

Alternativen zum konventionellen Bindungsassay Konventionelle Bindungsassays basieren üblicherweise auf chromogenen, fluoreszenz- oder lumineszenz-basierten ReadoutSystemen. Eine alternative Methode zur label-freien Quantifi zierung nutzt die optische Vermessung einer Massenabscheidung durch Ligand-Rezeptor-Bindung an einer Oberfläche, die Biolayer-Interferometrie (BLI) (Octet™, Pall). BLI ist ebenso wie das ELISA-Format unter anderem im 96-Well- oder auch im 348-Well-Format anwendbar und damit für einen guten Probendurchsatz geeignet. Neben der reinen Konzentrationsbestimmung erlaubt die BLI-Technologie auch die Aufnahme von Bindungskinetiken, ähnlich der Biacore™-Technologie. Dies erlaubt eine optische Kontrolle zur Methodenoptimierung. Mit BLI lassen sich außerdem teure, rekombinante Reagenzien sparen.

Als Contract Development and Manufacturing Organisation (CDMO) hat die ProBioGen AG über viele Jahre zahlreiche biopharmazeutische Wirkstoffkandidaten hergestellt und analytisch begleitet. Das Unternehmen stellt diese Expertise externen Kunden zur Verfügung und bietet entsprechende analytische Dienstleistungen an. Diese beinhalten neben der prozess- und freigabebezogenen Analytik auch die Entwicklung von neuartigen Aktivitätsassays sowie deren Qualifizierung und Validierung, den Methodentransfer und die Durchführung von Vergleichbarkeitsanalysen (biosimilarity assessment, comparability exercise).

Abb.: ProBioGen AG

Der Nachweis der biologischen Wirkung in vitro, die sogenannte Potency, ist ein wichtiger Bestandteil der pharmazeutischen Freigabetestung. Hier kommen molekulare Bindungsassays und zellbasierte Assays zur Anwendung. Für das prozessbegleitende Monitoring müssen diese Assays standardisierbar und robust sowie für einen entsprechenden Probendurchsatz geeignet sein. Außerdem sollten diese in geeigneter Form die gewünschte biologische Wirkung nachstellen.

Die biologische Aktivität monoklonaler Antikörper wird durch die Antigen-Bindung und die mögliche Effektorfunktionalität definiert. Neben Liganden-Bindungsassays zum Nachweis einer spezifischen zellulären Bindung oder Neutralisierung kommen zellbasierte Assays zur Anwendung. Therapeutisch gewünschte Effekte wie das Antiköpervermittelte Killing durch NK-Zellen (ADCC), die Komplementaktivierung (CDC) oder die Phagozytose durch Makrophagen (ADCP)

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Lipidomics Lipidanalysen werden zum Standard-Tool

CREATING TOMORROW’S SOLUTIONS

THE MICROBIAL CMO

Abb.: Lipidomics

Lipotype-Labor in Dresden Die Lipidomik, also die detaillierte Untersuchung von Mengen, Strukturen und Funktionen kompletter Lipidmoleküle in biologischen Systemen, ist ein wichtiger Bestandteil der heutigen Systembiologie.

Untersucht wird sowohl das Zusammenspiel der Lipide untereinander als auch der Lipide mit Proteinen und anderen Stoffwechselprodukten. Moderne Lipidomik liefert eine vollständige, quantitative Beschreibung der Lipidome bis hin zu den einzelnen Lipidmolekülen.

Die Lipidomik schafft gemeinsam mit der Proteomik und Genomik die “omics”-Basis für die heutige Systembiologie. Während die globale Analyse von Genen oder Proteinen bereits in vielen Laboren zum Standardrepertoire der Untersuchungsmethoden gehört, hat der Aufstieg der Lipidomanalytik erst vor relativ kurzer Zeit begonnen.

Experten erwarten jedoch, dass sich die Lipidomik schon bald als zentrales Werkzeug in der Zell- und Entwicklungsbiologie, der molekularen Medizin und den Ernährungswissenschaften erweisen wird. „In der Zukunft sehen wir Shotgun-Lipidomics als Standardanwendung in der Forschung“, betont Kai Simons, Gründer und Geschäftsführer des Dresdner Unternehmens Lipotype GmbH. „Wir wollen die Lipidomik für jeden Forscher zugänglich machen.“ Dafür setzt das Unternehmen auf die Software LipotypeZoom. „Die Präsentation von Daten ist der Schlüssel zum Verstehen von Analyseergebnissen“, so Simons. Um in den großen Datenmengen, wie sie typischerweise bei Omics-Experimenten anfallen, die wissenschaftlich interessantesten Ergebnisse zu identifizieren, ist eine interaktive Software für die Datenanalyse und -visualisierung unabdingbar. LipotypeZoom liefere zudem publikationsreife Abbildungen und ließe sich ohne großen Aufwand nutzen.

Oliver Uecke Lipotype GmbH

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Spezial

Produkte

GATC Biotech Gewissheit in der Zellkultur

| ReadyTector® ist die All-in-One-Detektionslösung für Western Blots. ReadyTector enthält alle Bestandteile, die für eine schnelle Einschritt-Immundetektion nötig sind. Es wird einfach nur noch der spezifische Primärantikörper hinzugegeben.

All-in-One bedeutet, dass alles in einer Lösung enthalten ist und auch alles in einem Arbeitsschritt abläuft. Blockierung sowie Bindung des Primär- und Sekundärantikörpers erfolgen gleichzeitig. Danach wird nur noch mit dem speziellen ReadyTector-Waschpuffer gewaschen.

Die Einschritt-Lösung des ImmunoassayExperten Candor Bioscience ist sowohl für primäre Kaninchen- als auch für primäre Maus-Antikörper erhältlich. Beide Varianten funktionieren mit dem gleichen, einfachen und schnellen Protokoll.

Die ReadyTector-Kits enthalten die All-inOne-Lösung und den Waschpuffer in den Flaschengrößen von jeweils 40 ml, 120 ml und 500 ml.

Mehr Informationen zu ReadyTector gibt es unter www.readytector.com Candor Bioscience GmbH Simoniusstraße 39 88239 Wangen Tel.: +49 (0)7522-79 52 70 Fax: +49 (0)7522-79 52 729 info@candor-bioscience.de www.candor-bioscience.de

Greiner Bio-One Produkte für die 3D-Zellkultur

| Greiner Bio-One hat eine Oberfläche entwickelt, die die Anhaftung von Zellen auf der Oberfläche von Zellkulturgefäßen effektiv unterbindet. Der zellabweisende Effekt der neuen Oberfläche wird durch eine stabile chemische Modifikation der Kunststoffoberfläche erreicht. Das Greiner Bio-One-Produktportfolio mit zellabweisender Oberfläche umfasst Multiwell- und Microplatten sowie Schalen und Zellkulturflaschen in unterschiedlichen Größen. CELLSTAR ®-Zellkulturgefäße mit zellabweisender Oberfläche sind frei von nachweisbaren DNasen, RNasen und humaner DNA. Sie enthalten keine nachweisbaren Endotoxine oder zytotoxischen Substanzen, sind steril und vier Jahre lang haltbar.

CELLSTAR Zellkulturgefäße mit zellabweisender Oberfläche sind bestens geeignet für die Kultivierung von Sphäroiden und Stammzellaggregaten, die Suspensionskultur von semi-adhärenten und adhärenten Zelllinien sowie für Gel-basierte 3D-Systeme.

Das Magnetic 3D Cell Culturing lässt sich ebenfalls ideal mit der neuen Oberfläche realisieren. Diese Technologie wurde von Nano3D Bioscience (Houston, Texas) entwickelt und beruht auf der Magnetisierung von Zellen mit Hilfe von Nanopartikeln, die sich an die Zellmembran anlagern. Durch den kurzzeitigen Einsatz von Magneten wird die Ausbildung von dreidimensionalen Sphäroiden oder Ringstrukturen initiiert. Die entsprechenden Kits sind bei Greiner Bio-One erhältlich.

Greiner Bio-One GmbH Maybachstr. 2 72636 Frickenhausen Tel.: +49 (0)7022-948-0 info@de.gbo.com www.gbo.com/bioscience

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Mycoplasmacheck ist ein PCR-basierter Service, der alle im Europäischen Arzneibuch Kapitel 2.6.7 geführten Mykoplasmenarten erkennt. Die Nachweisgrenze liegt bei 10 Kopien im Zellüberstand.

Die Vorteile der Zellkultur-Testung bei GATC Biotech: – Einfacher und kostengünstiger Service für die Qualitätssicherung durch einen unabhängigen Dienstleister – Logistische Lösung für den Probentransport mit Ergebnissen innerhalb von 48 Stunden – Alle Ergebnisse können selektiv in einem Report online für Aufsichtsbehörden zusammengefasst werden Mycoplasmacheck soll dabei einen neuen Standard in der Zellkulturüberwachung etablieren und helfen, zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse und Produkte zu generieren. Ein kostenfreier Test kann angefordert werden.

GATC Biotech AG Tel.: +49 (0)7531-81 60 68 Fax: +49 (0)7531-81 60 81 customerservice@gatc-biotech.com www.gatc-biotech.com

Abb.: Candor Biosciecne (rechts), Greiner BIo-One (Mitte), GATC Biotech (links)

Candor Bioscience Candors Komplettlösung für Western Blots

| Beim Umgang mit Zell- und Viruskulturen ist eine regelmäßige Kontrolle auf Kontaminationen mit Mykoplasmen unerlässlich. Im Rahmen der Überwachung von gentechnischen Arbeiten und Anlagen gemäß Gentechnikrecht ist unter anderem zu prüfen, ob Zellkulturen, mit denen gentechnisch gearbeitet wird, Organismen höherer Risikogruppen enthalten und abgeben können. Eine Kontamination mit Mykoplasmen verändert außerdem verschiedene Parameter von Zellkulturen, was zu unzuverlässigen experimentellen Ergebnissen und potentiell unsicheren biologischen Produkten führt.

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18.05.2016 15:58:53 Uhr

Advertorial

Forschung für die Zukunft Das forschende BioPharma-Unternehmen AbbVie entwickelt innovative Therapien für einige der schwersten Erkrankungen der Welt. Bis 2020 rechnet das Unternehmen mit bis zu 20 neuen Zulassungen für seine Arzneien.

Der Fokus von AbbVie liegt auf der Entwicklung von Medikamenten mit hoher klinischer Wirksamkeit und messbarem Nutzen für Patienten, insbesondere in Bereichen mit hohem medizinischen Bedarf wie Hepatitis C, Neurologie, Immunologie und Onkologie.

Hightech-Standort Ludwigshafen

Abb.: Frederic Cirou/Corbis

In Deutschland arbeiten rund 2.600 Mitarbeiter jeden Tag daran, einen echten Unterschied im Leben von Menschen zu machen: durch innovative Spezialmedikamente, zielgerichtete Forschung und wegweisende Initiativen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung. AbbVie ist hierzulande mit Standorten in Wiesbaden und Ludwighafen sowie einem Hauptstadtbüro in Berlin vertreten. Deutschland ist für das Unternehmen von zentraler Bedeutung: Hier werden neue Wirkstoffe erforscht und Arzneimittel entwickelt, viele Aspekte klinischer Studien koor-

diniert und Medikamente für den Weltmarkt produziert.

Gemessen an seiner Bruttowertschöpfung hat AbbVie Deutschland eine Forschungsintensität von 80 Prozent, das ist das Vierfache des Branchendurchschnitts. Ludwigshafen ist der zweitgrößte Forschungs- und Entwicklungsstandort innerhalb des AbbVie-Netzwerks: Rund 1.000 Forscher unterstützen von Ludwigshafen aus circa 80 Prozent der gesamten AbbVie-Pipeline in allen Entwicklungsphasen.

Der Hightech-Standort ist globales Kompetenzzentrum für die Erforschung von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, mit Schwerpunkt auf neuen Therapien gegen neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Multiple Sklerose. Hier werden sowohl chemischsynthetische Substanzen als auch komplexe biologische Wirkstoffe wie Antikörper und Antikörper-Wirkstoff-Konjugate entwickelt – für alle Phasen der klinischen Entwicklung sowie zur Marktzulassung. Dies beinhaltet die Formulierungsentwicklung, Prozessentwicklung und die

Rund 1.000 Forscher arbeiten bei AbbVie in Ludwigshafen an innovativen Therapien.

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analytische Charakterisierung. Auch die GMPHerstellung und Konfektionierung von klinischen Prüfpräparaten sowie deren Lagerung und weltweiter Versand an Prüfzentren erfolgt in Ludwigshafen. Der integrierte Standort verfügt dabei über die einzige Pilotanlage zur Herstellung parenteraler Prüfmedikationen innerhalb der AbbVie-Welt. Zudem ist Ludwigshafen ein bedeutender Produktionsstandort, an dem jährlich rund 30 Millionen Packungen für mehr als 60 Länder hergestellt werden.

Innovationen für Patienten Die Verfahren zur Herstellung von monoklonalen Antikörpern gehören zu den wichtigsten medizinischen Innovationen des 21.

Jahrhunderts. An ihrer Entwicklung waren AbbVie-Forscher maßgeblich beteiligt. Insgesamt 30 Prozent der derzeitigen Pipeline des Unternehmens sind Biologika. Diese Forschungsarbeit wird durch die Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie, von Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen ergänzt. „Noch vor 20 Jahren bedeutete die Diagnose für Patienten mit rheumatoider Arthritis, Morbus Crohn oder Psoriasis häufig ein baldiges Ende ihrer Berufstätigkeit, einen drastischen Verlust an Lebensqualität und sozialen Rückzug“, betont Prof. Dr. med. Bianca Wittig, Medical Director Region Nord bei AbbVie. „Mit der Entwicklung von monoklonalen Antikörpern sind wir bei AbbVie angetreten, eine zielgerichtete hochwirksame Therapie für Patienten zu entwickeln, für die es keine Behandlungsoptionen gab. Dies ist uns gelungen.“ Mit Investitionen in Spitzentechnologien arbeitet das Unternehmen daran, die Therapie mit monoklonalen Antikörpern weiter zu verbessern und die Entwicklung im Bereich von innovativen Biologika-Therapien auch in Zukunft maßgeblich mitzugestalten.

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18.05.2016 15:59:03 Uhr

Spezial

Pichia pastoris – flexibel, vielfältig und produktiv Proteinproduktion Die Proteinexpression in der Hefe Pichia pastoris vereint Vorteile der Standardexpressionssysteme E. coli und der tierischen Zellsysteme. von Dr. Thomas Purkarthofer, VTU Technology GmbH, Raaba-Grambach, Österreich Der Markt für Biopharmazeutika generiert globale Umsätze in der Größenordnung von 200 Mrd. Euro pro Jahr und wächst mit einer jährlichen Rate von rund 15% stärker als die anderen Bereiche der Pharmaindustrie.

Um mit diesem Tempo Schritt halten zu können, müssen operative und technologische Hürden in der Bioproduktion überwunden werden. Lange Prozesszeiten, geringe Ausbeuten, aufwendige Aufarbeitungs- und Reinigungsprozesse, teure Rohmaterialien sowie Reproduzierbarkeit im industriellen Maßstab sind nur einige der Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt, um als Wirkstoffhersteller wettbewerbsfähig zu bleiben.

Pichia vereint Vorteile von mikro­ biellen und Säuger­Zellsystemen VTU Technology versucht mit der unternehmenseigenen Pichia pastoris-Proteinproduktionsplattform dem steigenden Kosten- und Zeitdruck durch Flexibilisierung, Diversität und Produktivität entgegenzuwirken. Die Hefe Pichia pastoris gehört mittlerweile zu den eta-

blierten Wirtsorganismen für die rekombinante Proteinproduktion mit zwei FDA-Zulassungen, mehreren Zulassungen durch internationale Behörden und zahlreichen Produkten in der klinischen Pipeline. Pichia pastoris vereint Vorteile der Standardexpressionssysteme E. coli und der tierischen Zellsysteme. Verhältnismäßig kurze Kultivierungszeiten in kostengünstigen, einfachen Medien sowie die Fähigkeit, post-translationale Modifikationen auszuführen, die Zielproteine aktiv in den Kulturüberstand zu sekretieren und die damit verbundene hohe Reinheit der Rohprodukte ermöglichen eine kostengünstige Produktion komplexer Proteine. Die VTU-Pichia-pastorisProteinproduktionstechnologie zeichnet sich durch ihre Breite und Vielfalt aus. Proprietäre Promotorbibliotheken auf Basis des sehr starken und einfach regulierbaren Promotors AOX1, hauseigene Plattformstämme mit unterschiedlichem genetischen Hintergrund, verschiedene Signalsequenzen und exklusive Helferproteine gewährleisten genetische Diversität und damit eine auf das Zielprotein abgestimmte und optimierte Proteinproduk-

tion. Bedingt durch kurze Prozesszeiten und typische Produktkonzentrationen von 10 bis 20 g/l werden bei VTU Pichia-Prozesse für unterschiedliche Proteinklassen mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten entwickelt. Neue Maßstäbe wurden gesetzt – erst kürzlich wurde ein Prozess mit einer Produktausbeute von 35 g/l im Kulturüberstand etabliert.

Ein bahnbrechender Entwicklungsschritt in der großtechnischen Proteinproduktion mit Pichia pastoris wurde durch die Etablierung der methanol-freien AOX1-Promotoren erreicht. War Methanol bisher obligat, können nun Pichia-Prozesse auch in Standardproduktionsanlagen nur mit Glucose oder Glycerin als einziger Kohlenstoffquelle ausgeführt werden. Neben geringeren Anforderungen an die Ausstattung der Produktionsanlagen hinsichtlich Sicherheit, zeichnen sich methanol-freie Pichia-Prozesse durch eine ökonomische Prozessführung aus.

Reduzierte metabolische Sauerstoffverbrauchsraten resultieren in einer geringeren Wärmeentwicklung und damit einhergehend reduziertem Energiebedarf zur Kühlung des Bioreaktors. Zusätzlich gewährleisten optimierte Fermentations- und Feedstrategien eine signifikante Verkürzung der Prozesszeit und damit verbunden eine deutliche Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute.

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Wenn das Glykosylierungsmuster für eine biologische Aktivität eines Glykoproteins maßgebend ist, muss es mit tierischen Zellsystemen produziert werden. Durch die Kombination der VTU-Pichia-Technologieplattform mit Pichia Glycoswitch ® können nun auch gezielt Glykoproteine mit Man5- oder anderen human-ähnlichen Glykoformen mit hoher Homogenität und mit hohen Ausbeuten hergestellt werden.

Abb.: VTU

Pichia­Prozesse sind auch für Glykoproteine geeignet

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