Keine Chance den Viren

Bioverfahrenstechnik

Vor über zehn Jahren entwickelte Bayer Technology Services ein Verfahren, um Viren in Flüssigkeiten unschädlich zu machen. Im Labor längst bewährt, startete UVivatec auch für den industriellen Maßstab

Hurrikans sind der beste Beweis: Kreisbewegungen sorgen für Verwirbelungen. Genau dieses Prinzip haben sich die Konstrukteure von UVivatec zunutze gemacht

Wir können froh sein, dass es weit über unseren Köpfen die Ozonschicht gibt. Sie sorgt schließlich dafür, dass von der Sonne keine ultraviolette Strahlung vom Typ C (UV-C) bis zur Erdoberfläche dringt. UV-C wäre eine echte Gefahr für alles Leben. Ihre  Energie kann nämlich bestimmte Bausteine im Erbgutmolekül DNA verändern – und so letztlich die Fortpflanzung verhindern.

Was wie eine Gefahr klingt, kann aber auch zu einer hilfreichen Waffe werden. Beispielsweise lassen sich Oberflächen durch künstlich erzeugtes UV-C-Licht keimfrei halten. Bayer Technology Services wiederum hat ein System entwickelt, das auf Basis dieser Strahlung Viren in Flüssigkeiten unschädlich macht – wie es bei der Herstellung vieler Medizinprodukte gefordert ist. Die ersten Ideen dazu reichen zurück in die 1990er Jahre. Doch es dauerte Jahre, bis alle technischen Hürden überwunden und Materialfragen geklärt waren. Das Ergebnis war UVivatec. Eine Laborversion dieses Produkts wird schon seit einigen Jahren von Sartorius vermarktet, dem Veriebspartner von Bayer Technology Services (siehe auch „technology solutions“ 1/2010).

Zu den ersten Anwendern zählte Biotest. Bereits 2008 bekam die Firma im hessischen Dreieich UVivatec Lab geliefert. Das Unternehmen produziert unter anderem Therapeutika gegen Erkrankungen des Bluts und des Immunsystems. Es gewinnt viele seiner Produkte aus biologischem Ausgangsmaterial wie Blutplasma, das potenziell Viren enthalten kann. Um solche Krankheitserreger unschädlich zu machen, muss das Plasma mindestens zwei voneinander unabhängige Reinigungsschritte durchlaufen. Das fordern die Zulassungsbehörden.

„UVivatec ist so schonend, dass wirdamit hohe Produktausbeuten erzielen können“

Michael Rodemer

Director Technical Project Management, Biotest

Im Kampf gegen Viren gehören chemische Attacken, etwa durch Wärmebehandlungen oder pH-Wert-Absenkungen, ebenso zum Repertoire wie physikalische Methoden wie Filtration oder Chromatografie. Allerdings haben all diese Verfahren auch ihre Schwächen. In manchen Fällen schaden Wärme oder niedrige pH-Werte nämlich auch dem eigentlichen Produkt und mindern die Ausbeute. Die physikalischen Trennverfahren wiederum greifen umso schlechter, je ähnlicher sich Viren und Produktmoleküle in ihrer Größe sind. Genau da kommt die Behandlung mit UV-Licht als perfekte Ergänzung ins Spiel. „Da die Bestrahlung mit UVivatec sehr gezielt nur die DNA verändert, ist sie ein schonendes und effektives Verfahren“, bestätigt Dr. Udo Große-Westermann, bei Bayer Technology Services als Product Manager unter anderem für UVivatec verantwortlich.

Letztlich war das der Grund, warum sich auch Biotest für ein UV-System als ideale Methode gegen Viren interessierte. Und die jahrelangen Tests mit dem Laborsystem haben das Unternehmen überzeugt: „Wir haben gesehen, dass UVivatec keines der Probleme früherer UV-Systeme aufweist“, sagt Michael Rodemer, der die Tests des Systems bei Biotest von Anfang an begleitete. Frühere Ansätze, UV-C-Licht einzusetzen, krankten immer daran, Viren in Flüssigkeiten nicht vollständig zu erfassen, außerdem noch Proteine zu schädigen und so Produktausbeuten zu reduzieren. „UVivatec ist so schonend, dass wir damit hohe Produktausbeuten erzielen können“, freut sich Rodemer. Außerdem sei das System gut skalierbar. Ergebnisse von Tests am kleinen Lab-System sind damit problemlos auf das größere Modul UVivatec Process übertragbar. Dies ist zum Beispiel wichtig, wenn man die Leistungsfähigkeit an aggressiven Testviren wie dem HI-Virus untersucht. Dazu versetzt man Probeflüssigkeiten definiert mit bestimmten Viren und überprüft dann, in welchem Umfang diese unschädlich gemacht werden. Gerade bei problematischen Viren würde man solche Tests nur ungerne in großem Maßstab durchführen.

Inzwischen hat Biotest zwei UVivatec-Process-Systeme für seine Produktion geordert. Gegenüber der Lab-Variante sind diese etwas größer, haben eine höhere Strahlungsdichte und erlauben einen sechsfachen Durchsatz, wie er für die Serienproduktion nötig ist. Gedacht sind die beiden Systeme für die Produktion zweier Präparate, die sich derzeit noch in der frühen klinischen Entwicklung befinden. Beide sind Teil des äußerst engagierten Entwicklungsprogramms, das Biotest derzeit betreibt. Gleich ein halbes Dutzend Kandidaten wird derzeit klinisch getestet. Eine gewaltige Zahl für ein Unternehmen, das bisher rund 600 Millionen Euro im Jahr umsetzt. Einzelne Entwicklungskandidaten könnten auf Anhieb mehr Geld in die Kassen spülen als alle aktuellen Produkte zusammen.

Besonderer Trick: ein Wirbel namens Dean

Dass man mit UV-Licht Mikroben und Viren bekämpfen kann, ist schon lange bekannt. Um damit biologische Flüssigkeiten effektiv zu behandeln, bedurfte es allerdings noch einiger technischer Tricks und geeigneter Materialien. Ein Problem: UV-C-Strahlung wird stark gestreut – und erreicht nicht ohne Weiteres alle Teilchen in der Flüssigkeit. Es würde also nicht ausreichen, die Prozesslösung einfach an einer UV-Licht-Quelle vorbeizuleiten.

Die Entwickler bei Bayer Technology Services hatten eine Idee, mit der sie zuvor auch schon einen Wärmetauscher optimiert hatten: Warum die Strömung nicht einfach spiralförmig um die längliche UV-Quelle führen? Schließlich bilden sich bei gekrümmten Strömungswegen die Dean-Wirbel – benannt nach William Reginald Dean, der sich vor fast 90 Jahren theoretisch mit dem Phänomen befasste. Experten können berechnen, wie lange eine Wegstrecke sein muss, damit am Ende praktisch jedes Teilchen in der Lösung einmal in den Einflussbereich des UV-C-Lichts gewirbelt wurde. Mit entsprechend vielen Windungen stattete Bayer Technology Services UVivatec schließlich aus.

Als Material für den wendelförmigen Strömungsweg wählten die Entwickler das UV-stabile und auch sonst völlig inerte Polytetrafluorethylen (PTFE), auch als Teflon bekannt. Doch es bedurfte noch des ganz besonderen Knowhows eines Zulieferers, um das sperrige Material wirklich perfekt wendelförmig auf das längliche Quarzrohr zu ziehen, in dem sich die UV-Quelle befindet.

eine Testanlage bei Bayer
Wenn es blau leuchtet, ist UVivatec (l. eine Testanlage bei Bayer) in Aktion. Der gerippte Rand (r.) zeigt, wie die Flüssigkeit spiralförmig um die UV-Quelle geleitet wird.

Um die Infrastruktur für die künftige Produktion dieser neuen Präparate zu schaffen, investiert Biotest bis 2018 allein am deutschen Hauptsitz in Dreieich über 200 Millionen Euro. Dabei entsteht auch das Produktionsumfeld für die zwei Produkte, die mit UVivatec behandelt werden sollen. Zwar werden die beiden Präparate frühestens in ein paar Jahren vor der Zulassung stehen. Doch bereits in dieser frühen Phase arbeitet Biotest am späteren Produktionsprozess – denn auch dieser muss behördlich genehmigt worden sein, bevor es richtig losgeht.

Product Manager Udo Große-Westermann ist schon jetzt begeistert. Denn neben Biotest hat die innovative Anti-Viren-Technologie bereits weitere Abnehmer gefunden – fast zeitgleich kam ein Auftrag von Thermo Fisher Scientific in Neuseeland.

Auch die größere Produktversion UVivatec Process wurde von Bayer Technology Services längst zur Serienreife entwickelt. Dennoch bringt jeder Einsatz seine ganz besonderen Anforderungen mit sich. Und so waren die Experten von Bayer Technology Services die vergangenen Monate damit beschäftigt, die beiden Biotest-Systeme perfekt an die Kundenvorgaben anzupassen – und in die künftigen Gesamtprozesse zu integrieren.

Biotest hatte etwa gefordert, dass die UV-Bestrahlung in einem Reinraum erfolgen soll. Alles Übrige wie Zuleitungen, Pumpen, Ventile und Steuerung sollte dagegen in einem separaten Technikraum untergebracht werden. Der Vorteil: So besteht problemloser Zugang zu allen wartungsrelevanten Teilen – etwa wenn einmal im Jahr die Membranen der Ventile ausgetauscht werden müssen.

Dies verlangte dem Team allerdings einiges an Findigkeit ab. Am Ende planten die Experten statt des üblichen Stahlschranks ein zweigeteiltes Gehäuse. Dieses passt nun genau in eine entsprechende Aussparung der Reinraumwand beim Kunden – und muss nach dem Einbau nur noch abgedichtet werden.

Bis Ende 2015 waren alle Detailfragen geklärt, und inzwischen hat die Konstruktion der Anlagen begonnen. Wenn alles nach Plan läuft, erfolgt der Einbau der Systeme in Dreieich in der zweiten Jahreshälfte. 2017 könnte Biotest dann den Probebetrieb aufnehmen und erstmals produzieren.

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