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Computergestützte Simulation soll Prozessverständnis steigern © APA (AFP)
Computergestützte Simulation soll Prozessverständnis steigern © APA (AFP)

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Grazer Technologie für effizientere Biopharmaka-Herstellung

12.09.2019

Biopharmazeutika zählen zu den am schnellsten wachsenden Bereichen des Pharmamarktes. Die Herstellung der biotechnologisch hergestellten Medikamente wie Impfstoffe, Krebstherapeutika oder Substanzen zur Behandlung von Diabetes stellt aber noch immer eine Herausforderung dar. Forscher der TU Graz entwickeln eine Simulationstechnologie, die die Produktion effizienter und nachvollziehbarer macht.

Laut Mitteilung der TU Graz waren bereits im Jahr 2018 bei sieben von zehn der meistverkauften Arzneimittel Pharmazeutika, die mit Hilfe von Biotechnologie, und somit mithilfe lebender Zellen von gentechnisch veränderten Organismen hergestellt wurden. Damit wird die Herstellung von Produkten zur Behandlung von Krebs und Autoimmunerkrankungen oder weiterer Krankheiten wie Multiple Sklerose, Diabetes oder Blutarmut möglich, die vor wenigen Jahren noch als unheilbar galten. Allerdings können die hochkomplexen Wirkstoffe der Biologika nur in einer Unzahl einzelner Verfahrensschritte unter sehr hohem technischen und zeitlichen Aufwand erzeugt werden. Das schlägt sich letztlich auch im Preis nieder. Forscher arbeiten daran, die Prozesse effizienter, schneller und sicherer zu machen.

Kostspielige Herstellung

Die Herstellung der Biopharmaka wird von kostspieligen Versuchen nach dem "Trial-and-Error"-Prinzip begleitet und basiert laut den Grazer Experten auch auf Erfahrungswerten. "Momentan fehlt es der biotechnologischen Industrie noch an tiefergehendem Prozesswissen. Man weiß zwar, dass der Herstellungsprozess funktioniert, aber nicht warum und wie genau er funktioniert", erklärte Christian Witz vom Institut für Prozess- und Partikeltechnik der TU Graz. Computergestützte Simulationen sollen die Prozesskontrolle und damit auch die Produktsicherheit verbessern und den Gesamtprozess beschleunigen. Bisher vorhandene Simulationsprogramme würden sich allerdings nicht für die routinemäßige Anwendung eignen weil sich monatelange Berechnungszeiten, Simulationsexperten und einen Großrechner voraussetzen.

Ziel des Forschers ist daher eine anwendungsfreundlichere und schnelle Simulationssoftware, die die Prozesssimulation in den Alltag der biopharmazeutischen Industrie bringt: "Mein System wird die Simulationszeit von Monaten auf Stunden verkürzen. Es kann auch von Personen ohne Simulationswissen bedient werden und wird auf handelsüblichen Grafikprozessoren laufen", zeigte sich Witz überzeugt. Die gesamte Herstellung von Biopharmazeutika soll dadurch effizienter werden: "Die Firmen benötigen weniger Versuche, um vom Labor in die industrielle Produktion zu kommen und ersparen sich zwischen dreihunderttausend und einer Million Euro", verwies Witz auf aktuelle Berechnungen.

Simulation soll bis 2012 marktreif sein

Witz greift auf einen von ihm entwickelten Simulationscode zurück, der etwa die Bewegungen von Mikroorganismen im Bioreaktor oder die Ausbreitung des aus den Luftblasen gelösten Sauerstoffs simuliert. Im Rahmen des Spin-Off-Fellowship-Programms der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) implementiert Witz weitere Algorithmen in die Software, mit denen die physikalischen und biochemischen Prozesse im Reaktor genauer und benutzerfreundlicher abgebildet werden. Unternehmen werden damit unterstützt, Design- und Produktionsentscheidungen künftig leichter zu treffen und Produktivitätsverluste im Bioreaktor zu verhindern. Bis 2021 soll die Simulationstechnologie "ComBioPro" zur Marktreife gebracht werden.

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