Bahnbrechende Aufreinigungstechnologie für kostengünstigere Impfstoffe
Impfstoffe sind für die medizinische Grundversorgung unverzichtbar. Voraussetzung für die Impfstoffproduktion ist jedoch die nachgelagerte Verarbeitung von Biopharmazeutika, die in der Regel teuer und wasserintensiv ist. Damit steigt der Druck auf Ressourcen, insbesondere in Entwicklungsländern, wo nachhaltige Wasserversorgung ein enormes Problem ist. „Der Erzeugung des Biopharmazeutikums im Bioreaktor folgt die Extraktion, Aufreinigung und Präparation“, erklärt Manuel Carrondo, Koordinator des Projekts DiViNe und Forschungsleiter am Institut für experimentelle Biologie und Technologie (iBET) in Portugal. „Besonders kompliziert ist der Aufreinigungsprozess in der Impfstoffindustrie, da sämtliche Verunreinigungen in mehreren Eliminierungsschritten entfernt werden müssen. Mit derzeitigen Aufreinigungsmethoden ist die Produktausbeute niedrig, zudem können sie bis zu 80 % der gesamten Produktionskosten beanspruchen“, fügt Carrondo hinzu.
Nachhaltige Impfstoffproduktion
Ziel des EU-finanzierten Projekts DiViNe war die Entwicklung einer integrierten Plattform zur Impfstoffaufreinigung, um Kosten und Umweltbelastung zu senken, die Ausbeute zu steigern und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Hierfür wurden im Wesentlichen zwei innovative Technologien kombiniert – Nanofitine (künstliche Proteine zur selektiven Bindung von Antigenen) sowie energiesparende, hochselektive, biomimetische Membranen. „Da die Unternehmen Affilogic und iBET bereits Nanofitine als Arzneimittelkandidaten entwickeln, stellte sich uns die Frage, ob sich Nanofitine auch für die nachgelagerte Verarbeitung in der Impfstofferzeugung eignen könnten“, erklärt Carrondo, „was den Anstoß für das Projekt DiViNe gab.“ Die erste Reinigungsstufe ist die Aufnahmephase, in der ein Zielprodukt – in der Regel ein Biopharmazeutikum – isoliert und konzentriert wird. DiViNe entwickelte Nanofitine für die spezifische „Aufnahme“ dreier Impfstofffamilien, und dieses sogenannte „Affinitätskonzept“ wurde nun erstmals für die Impfstoffaufreinigung verwendet. Die „affinitätsselektiven“ Nanofitine werden auf Chromatografie-Beads in eine vom Unternehmen Merck KGaA produzierte Trennsäule gepackt, durch die dann die Lösung aus dem Bioreaktor fließt. Während Wasser und Verunreinigungen ausgespült werden, bleiben die Antigene hängen, um das aufgereinigte Antigen dann mit einem Puffer aus der Säule zurückzugewinnen. Die zweite wichtige Innovation war das Einbetten von Aquaporinen in eine poröse Membran. Aquaporine sind Proteine, welche die zelluläre Aufnahme von Wasser fördern. Die Methode ist eine energieeffiziente Art, um für die Impfstoffherstellung Wasser aufzubereiten und Verunreinigungen zu entfernen, wie demonstriert wurde.
Eine Reihe von Erfolgen
„In den ersten beiden Jahren musste jeder Partner Know-how und Kreativität optimal kombinieren, um den Konzeptnachweis zu erbringen“, sagt Carrondo. „Im dritten Jahr bestärkten uns dann die Ergebnisse.“ GSK stellte einen neuen Impfstoffkandidaten vor, dessen Entwicklung jedoch schwierig war. Bei zwei anderen Impfstofffamilien verzeichnete das Projekt erhebliche Fortschritte. Die vom dänischen Start-up-Unternehmen Aquaporin hergestellten biomimetischen Membranen haben sich durchgängig bei der Abwasserrückgewinnung bewährt, sodass die Aufbereitung in den Produktionsprozess integriert werden und Aquaporin seine Branchenkompetenz bei der Expansion in verwandte Märkte etablieren konnte. „Jeder von uns hat enorm viel erreicht, und nun sollen die Ergebnisse in Patente umgesetzt werden“, sagt Carrondo. „Ist das Projekt erfolgreich, werden die Partner auch lange nach dem offiziellen Projektende zusammenarbeiten. Insbesondere können wir die Zellbanken von GenIbet Biopharmaceuticals zur kommerziellen Erzeugung von Nanofitinen nutzen.“
Schlüsselbegriffe
DiViNe, Biopharmazeutika, Nanofitine, Impfstoff, biomimetisch, Biomimetikum, Membranen, Aquaporin, Aufreinigungsmethoden, Chromatografie
