Biopharmazeutika sind komplexe Arzneimittel. Während chemisch-synthetische Wirkstoffe aus einigen hundert Atomen bestehen, sind es bei biopharmazeutisch hergestellten oft mehrere tausend. Dank technologischer Fortschritte der letzten zehn Jahre konnten revolutionäre Medikamente für schwere und lebensbedrohliche Erkrankungen wie Krebs oder HIV entwickelt, aber auch die Therapien chronischer Leiden wie Diabetes oder kardiovaskuläre Erkrankungen verbessert werden.
Biopharmazeutische Medikamente sind eines der am stärksten wachsenden Segmente in der momentanen Entwicklungspipeline. Ihre Herstellung, insbesondere in großen Mengen, kann Wissenschaftler und Entwickler vor spezifische Herausforderungen stellen. Die Produktion spielt bei diesen Pharmazeutika eine entscheidende Rolle, da sie als sensibel gelten.
Die Abfüllung ist einer der finalen Schritte im Herstellungsprozess für flüssige Proteinformulierungen und stellt den Fokus des gemeinsamen Projekts dar. Gemeinsam sollen in 36 Monaten die mechanistischen Zusammenhänge zwischen Prozessparameter und ihren Auswirkungen auf die Charakteristiken der proteinbasierten Wirkstoffe erforscht und so nutzbar gemacht werden. Zu diesem Zweck kooperieren der Produktionsstandort Wien von Takeda, einem der größten pharmazeutischen Unternehmen der Welt, das Research Center Pharmaceutical Engineering (RCPE), Technologieunternehmen InSilicoTrials und die Universität Graz. Takeda und das RCPE arbeiten an einer langfristigen und fortlaufenden Partnerschaft mit dem Ziel das wissenschaftliche Verständnis biopharmazeutischer Produkte und ihrer Prozesse zu erweitern.
Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden nicht nur einen Einfluss auf bestehende proteinbasierte Medikamente haben, sondern auch einen Wissenstransfer auf zukünftige Produkt- und Prozessentwicklungen erlauben. Dadurch können die benötigte Entwicklungszeit verkürzt und der Materialeinsatz verringert werden.
Das Projekt folgt dabei dem innovativem Forschungs- und Partnerschaftsmodell von Takeda. Die Projektpartner können auf eine verkleinerte Variante der Abfüllanlage, wie sie auch im Werk selbst zum Einsatz kommt, zurückgreifen. Dank dieser speziell entwickelten und gebauten Anlage kann in kleinerem Maßstab der tatsächliche Abfüllprozess simuliert und so unterschiedlichste Parameter, wie zum Beispiel Abfüllgeschwindigkeit oder Form, Material und Größe der Primärpackmittel, in ihrer Wirkung analysiert werden. Die daraus gewonnenen experimentellen Daten werden zusätzlich durch Simulationen im Bereich der Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics) angereichert. Die dadurch ermöglichten in-silico Experimente können den Design- und Entwicklungsprozess unterstützen und erleichtern.
Die Optimierung von Herstellungsprozessen ist bisher material- und zeitintensiv, da in einer Vielzahl an Experimenten unterschiedlichste Veränderungen getestet werden müssen. “Die entwickelten Machine Learning Algorithmen ermöglichen Takeda die wichtigen Prozessparameter bereits im Vorfeld und in-silico, also am Model, einzugrenzen und die Aufmerksamkeit auf einige wenige Experimente zu fokussieren”, erklärt Thomas Klein, Geschäftsführer und kaufmännischer Leiter des RCPE. “Der Anspruch, unsere Prozesse und Fähigkeiten kontinuierlich zu stärken, manifestiert sich in Kooperationen wie dieser. Das Ziel dieses Projektes ist die Verbesserung unseres Herstellungsprozesses bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung und Beschleunigung der Entwicklung neuer Formulierungen, ganz im Dienst unserer Patienten”, erklärt Karl-Heinz Hofbauer, Leiter der Takeda Produktionsstandorte in Wien.
Die gewonnenen Prozessdaten werden in der von InSilicoTrials entwickelten Simulationsplattform gespeichert und verarbeitet. Das italienische Start-up ist spezialisiert auf Cloud-Technologien für das Management wissenschaftlicher Daten und Modelle für pharmazeutische und biomedizinische Forschung. “Die von uns entwickelte Plattform für Modelle und Simulationen erlaubt es, große Mengen an Daten schnell und effizient zu verarbeiten und zu nutzen. Ein Schlüsselfaktor für dieses Projekt und zukünftige Entwicklungen”, sagt Luca Emili, Geschäftsführer von InSilicoTrials, “Der Einsatz cloudbasierter SaaS Plattformen hat das Potenzial Entwicklungen, die bisher komplexe und aufwändige Datenverarbeitungsprozesse benötigten, ungemein zu beschleunigen. Die Wissenschaftler von Takeda, RCPE, InsilicoTrials und der Uni Graz können dank innovativer und leistungsstarker Technologien effizienter miteinander kooperieren.”