Kontinuierliche Produktionsprozesse rücken bei Pharmaunternehmen erst seit Kurzem in den Fokus, gehen sie doch mit großen Herausforderungen wie Aufrechterhaltung der Sterilität im Produktionsprozess, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und konstanter Produktqualität einher. Demgegenüber versprechen reduzierte Stillstandzeiten zwischen den einzelnen Produktionschargen eine höhere Produktivität. Auch die FDA sieht in der kontinuierlichen Herstellung das wichtigste Werkzeug in der Modernisierung der pharmazeutischen Industrie und hat im Februar 2019 eine neue Guideline als Entwurf veröffentlicht, die auf Qualitätsaspekte bei der kontinuierlichen Herstellung von Arzneimitteln eingeht.
Kontinuierliche Prozesse
Evonik produziert für externe Auftraggeber pharmazeutische Wirkstoffe und deren Vorstufen. Immer wieder kommt es dabei vor, dass der Syntheseprozess erst noch entwickelt werden muss. Wo immer möglich, versucht man dabei, einen kontinuierlichen Prozess in einem kleinen Durchflussreaktor, ein sogenannter Mikroreaktor, zu realisieren. „In der Branche gibt es derzeit einen Trend weg von der klassischen Chargenproduktion in großen Rührkesseln“, berichtet Dr. Stefan Randl, Leiter der Product Line Drug Substance bei Evonik. Bei kontinuierlichen Prozessen in Mini- oder Mikroreaktoren lassen sich Temperatur, Druck und Sicherheit viel besser kontrollieren. Die miniaturisierten Prozesse kommen überdies mit weniger Lösemittel aus, weil höher konzentrierte Flüssigkeiten eingespeist werden. Außerdem kann man den für die Reaktion benötigten Katalysator viel feiner pulverisiert einsetzen, was wiederum zu einer besseren Produktausbeute führt. „Für uns ist es immer wichtig, neue Prozesse möglichst schnell und zuverlässig zu entwickeln“, sagt Randl, „und zwar so, dass sie wirtschaftlich sind und Produkte in höchster und gleichbleibender Qualität bieten.“ Und genau hier kommen die von Dr. Senada Schaack und ihrem Team im 3-D-Druck hergestellten Minireaktoren ins Spiel.
Gedruckte Edelstahlreaktoren
Die Verfahrenstechnik-Ingenieurin, die das Kompetenzzentrum „Simulation and Additive Manufacturing“, kurz SAM 3D, leitet. forscht für Evonik in Hanau an einer neuen Generation von Minireaktoren. Der metallene Apparat ist klein wie ein Schuhkarton, verspricht aber große Fortschritte. Sein Innenleben ist darauf ausgerichtet, dass eine chemische Synthese möglichst wenig Energie benötigt und geringere CO2-Emissionen verursacht. Einige Reaktoren enthalten hauchdünne Röhrchen, durch die im Betrieb die Reaktionsmischung oder ein Kühlmedium gepumpt werden kann. Andere bestehen im Innern aus feinen Verästelungen, mit deren Hilfe man Ströme von einem auf mehrere Röhrchen aufteilt.
Die Reaktoren werden digital geplant, mittels 3-D-Druck aus Edelstahlpulver hergestellt und mithilfe von Prozessdaten aus der Praxis sowie künstlicher Intelligenz optimiert. Solche Systeme könnten in vielen Anwendungen zum Einsatz kommen. Gerade arbeitet das Team an einem neuartigen Reaktor für einen Syntheseschritt, der häufig bei der Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe eine Rolle spielt, die sogenannte Ortholithiierung. Der Reaktor liefert das Produkt nicht nur in höherer Reinheit, sondern erfordert auch weniger Kühlaufwand als der herkömmliche Prozess. Diese Entwicklung ist Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts „3D-Process“.
