Der kleine Alleskönner Hefe kann viel mehr als nur Brot und Bier machen. In der Pharmabranche findet er seit langem Verwendung in der Herstellung von Medikamenten - so zum Beispiel im Living Lab von Siemens.

Wie ein Strudel aus geschmolzenem Schokoladeneis wirbelt die Flüssigkeit in ihrem durchsichtigen Behältnis herum. Ein leises Dröhnen erreicht trotz Glaswand das Ohr des Beobachters, sonst ist es still. In der Hexenküche der Zukunft sucht man vergeblich nach Spinnweben und von der Decke hängenden Alraunenwurzeln, giftgrünem Schleim in bauchigen Kesseln und dem Quaken verzweifelter Frosche. Klinisches Weiß ist die vorherrschende Farbe im "Living Lab" von Siemens. Computerbildschirme säumen die Wände.

Backe, backe Kuchen

Im sogenannten "Living Lab Process Industries" lässt Siemens seit 2017 die analoge und die digitale Welt verschmelzen. Aus der Traum vom Schokoladeneis, die braune Brühe ist in Wahrheit Hefe im Fermentationsprozess. Statt die Hefe aber wie beim Brotbacken in Ruhe zu lassen und erst zum Schluss unter das Tuch zu schauen und dann vielleicht festzustellen, dass der Teig nicht aufgegangen ist, baut Siemens den Fermentationsprozess digital nach.

PH-Wert, Sauerstoffgehalt, Temperatur und vieles mehr werden hier jede Minute kontrolliert und analysiert. So können Fehler sofort korrigiert werden, und nicht erst Tage später. "Alles dreht sich um das richtige Wachstum und die Wachstumszeit", erklärt Johannes Khinast, Leiter des Instituts für Prozesstechnik an der TU Graz und Forscher im Living Lab.

"Zu lernen, wie man Bio-Prozesse im Prinzip kontrollieren kann, ist das Ziel dieses Labors", so Werner Schöfberger, Head of Process Automation bei Siemens. Das Living Lab beschäftigt hierfür neun Forscher und fünf Mitarbeiter, die sich mit den Digitalisierungsprozessen auseinandersetzen.

Zeit ist Geld

Hefefermentation bildet die Grundlage vieler Produkte in der Pharmaproduktion. "Die Entwicklung eines Medikaments dauert viele Jahre", erklärt Daniela Buchmayr, Group Director Innovation and Application Development von GEA, einem Partner von Siemens. Der Anbieter von Prozesstechnologie und -Systemen kombiniert dafür seine Produktions-Technologien mit den Automationssystemen von Siemens zur Herstellung von Tabletten. Jahrelang wird getestet, zunächst präklinisch, dann am Tier und irgendwann am Menschen. Nur 14 Prozent der in den USA hergestellten Medikamente werden von der amerikanischen Arzneimittelbehörde FDA für die Massenproduktion zugelassen - und bis dahin können zehn Jahre oder mehr vergehen, in denen kostspielige Tests durchgeführt wurden, so Buchmayr.

Durch digitalisierte Prozessanalyse-Technologien wie die von Siemens kann die Produktqualität überwacht und kontrolliert werden. Diese Online-Überwachung minimiert das Fehlerrisiko von Medikamentenchargen, der Prozess kann ohne Unterbrechungen ablaufen. Da die Qualitätskontrolle dann nicht mehr am Ende des Prozesses, sondern in Echtzeit stattfindet, werden Zeit und Geld gespart. "Das Ziel ist es letztendlich, Medikamente schnell und billig herzustellen", bekräftigt Khinast.

Bei der Qualitätssicherung, die rund 25 Prozent der Kosten eines Unternehmens in der Medikamentenentwicklung verursacht, sieht Eckard Eberle, CEO Process Automation von Siemens, großes Einsparungspotenzial. Und auch die Geschwindigkeit spiele eine Rolle. In der Medikamentenproduktion mache es einen großen Unterschied, ob etwas vier Tage oder vier Monate dauert. "Diese Zeit so weit wie möglich zu verkürzen, macht einen großen Unterschied für unsere Kunden."

Hürdenlauf ins Ziel

Bevor die Digitalisierung in der Pharmabranche Einzug hält, muss sie aber noch einige Hürden überwinden. So ist beispielsweise die Infrastruktur in vielen Pharma-Manufakturen nicht vorhanden, Equipment-Upgrades sind teuer. Auch die Finanzierung bereitet Kopfzerbrechen: "Kostet die Entwicklung eines personalisierten Medikaments für eine einzelne Person dann ähnlich viel wie sonst die Entwicklung eines Medikaments für alle?" fragt sich Eberle. Des Weiteren müssen sämtliche Prozesse genau dokumentiert werden. "Wenn man die Medikamentenherstellung individualisiert und für jede Person einzeln macht, muss man viel mehr dokumentieren. Vor diesen Herausforderungen steht man heute." Bis es so weit ist, dreht sich das flüssige Schokoladeneis weiter in seinem Glastank.

Von Anna Riedler / APA-Science