Autorin Birgit Pittermann Leiterin R+D, Zeta Biopharma
Die praktische Erfahrung zeigt, dass die Technologie des Einfrierprozesses den Einfluss der Einfrier- und Auftauprozesse auf die Qualität des Proteins bestimmt. Je nach Protein kann das Ergebnis sehr unterschiedlich sein. Zeta Biopharma, Hersteller von Einfriersystemen für pharmazeutische Wirkstoffe, hat in Kooperation mit dem Grazer K1-Forschungszentrum Research Center Pharmaceutical Engineering (RCPE) in einem Projekt unterschiedliche Prozessführungen untersucht und die Auswirkung auf die Agglomeratbildung der Proteine sowie deren Aktivität nach dem Auftauen untersucht. Dazu wurde zunächst der Einfrierprozess genauer betrachtet. Die Bewegung der Flüssig- und der Eisphase beim Frierprozess und die zugehörende Grenzschicht können die Proteine maßgeblich beeinflussen. Einen weiteren Stressfaktor stellt die Matrix der Eiskristalle in der Wasserphase dar, die, abhängig von Größe und Struktur, die Proteine einschließen oder verdrängen können.
Um den Einfrierprozess charakterisieren und modellieren zu können, wurde eine 200-ml-Laboranlage hergestellt (Bild 1). Diese verfügt über eine automatisierte Temperiereinheit und sieben Temperatursonden. Der Einfrierprozess und die auftretenden Effekte wurden untersucht und mithilfe einer CFD-Simulation modelliert und experimentell verifiziert. Um die erworbenen Kenntnisse auf einen Produktionsprozess übertragen zu können, mussten die Modelle in einer Pilotanlage verifiziert werden. Zeta Biopharma baute dazu eine 700-ml-Freeze-Anlage im industriellen Design (Bild 2). Die Pilotanlage verfügt über verschiedene Einsätze für mehrere Temperatursonden, eine pH-Sonde und eine optische Messsonde.
Die Grazer Zeta Biopharma baut seit vielen Jahren Einfriersysteme für pharmazeutische Wirkstoffe (Bild 3 und 4). Große Pharmaunternehmen forderten in dieser Zeit immer wieder, Anlagen für unterschiedliche Produkte in unterschiedlichen Maßstäben anzubieten. Dazu ist jedoch ein umfangreiches Prozessverständnis notwendig. Die Vorgänge in industriellen Einfrierbehältern waren bisher jedoch kaum bekannt und zur Prozessüberwachung wurde und wird maximal eine Temperatursonde eingesetzt. Dieses fehlende Wissen führte auch dazu, dass eine Maßstabsvergrößerung der Behälter nur empirisch möglich war, was zu Problemen bei der Übertragbarkeit der Ergebnisse führen konnte. Ziel des vorliegenden Projektes war es darum, ein fundamentales Verständnis über die Vorgänge im Einfrierprozess zu generieren und damit auf die Anwendung zugeschnittene Systeme herstellen zu können. Dafür wurde eine Kombination aus eigens entwickelter Simulation, experimentellen Untersuchungen und der Entwicklung neuer Systeme eingesetzt, was in Zukunft auch die Vorhersage des Prozessverhaltens erlaubt. Die wissenschaftliche Begleitung dieser insgesamt drei Jahre dauernden Testanlagen- und Prozessentwicklung übernahm das RCPE.
