PTR-Massenspektrometrie zum Monitoring von Bioprozessen im GMP-Bereich

IONICON und das Austrian Center of Industrial Biotechnology (ACIB) sind Partner bei der Entwicklung neuartiger Lösungen für die Echtzeitüberwachung von Fermentationen in der Biotechnologie. Nach erfolgreichen Tests der IONICON PTR-MS Technologie im Labor konnte diese den entscheidenden Schritt zu industriellen Fermentationsprozessen verzeichnen, die den strengen Auflagen der GMP (Good Manufacturing Practice) unterliegen. Dieser Schritt wurde dadurch erleichtert, dass mit dieser Technologie flüchtige Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen in der Abluft eines Fermenters ohne Änderungen im Prozess gemessen werden können. Das System wurde bei Boehringer Ingelheim in Betrieb genommen.

Moderne biopharmazeutische Medikamente werden heutzutage größtenteils in biotechnologischen Fermentationen hergestellt. Die engmaschige Überwachung dieser Prozesse ist von enormem Interesse, besonders im Hinblick auf eine kosteneffiziente Produktion. Bisher wurden vorwiegend Off-line Methoden zur Überwachung benutzt, bei denen eine Probe aus dem Fermenter gezogen und im Labor analysiert wird. Der Nachteil dieser Methoden liegt auf der Hand: Sie sind kosten- und arbeitsintensiv und die Ergebnisse liegen erst mit Verzögerung vor - oft zu spät, um noch korrigierend in den Prozess einzugreifen zu können. Echtzeit-Analysemethoden haben hier entscheidende Vorteile, die zur Kostenreduktion bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität beitragen können.

Im Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) arbeiten Wissenschaftler, Biotechnogieunternehmen und Gerätehersteller zusammen. Hier wurden mehrere Technologien für die Echtzeitüberwachung von Fermentationsprozessen entwickelt und getestet. IONICON, ein Tiroler Partnerunternehmen des ACIB, ist der weltweite Marktführer in der Entwicklung und dem Vertrieb von Echtzeit-Gasanalysatoren auf Basis der Protonen-Tausch-Reaktions Massenspektrometrie (PTR-MS). Ein PTR-MS kann organische Spurengase in sehr niedrigen Konzentrationen und in Echtzeit erfassen. In einem Fermenter werden solche Spurengase als Nebenprodukt des Stoffwechsels der Mikroorganismen während der Produktion erzeugt. Durch die Messung des Zeitverlaufs dieser Stoffe lässt sich direkt auf die Aktivität der Mikroorganismen schließen. Diese Information kann zur Überwachung und Steuerung der Fermentation herangezogen werden. Wie bereits früher berichtet (http://blog.ionicon.com/2012/05/press-conference-successful-implementation-ptrms...), konnte IONICON, in Zusammenarbeit mit der Gruppe um Dr. Gerald Striedner von der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien, eine Lösung zur Echtzeitüberwachung von Fermentationen entwickeln. Dieser Prototyp wurde von den Forschern gemeinsam mit anderen Technologien an Forschungsfermentern ausführlich erprobt.

Der Bereich der industriellen Fermentationprozesse unterliegt den strengen Richtlinien der sogenannten Good Manufacturing Practise (GMP, dt. "Guter Herstellungsprozess"). Daher können Technologien, die im Forschungsbereich entwickelt und erprobt wurden, nicht einfach auf industrielle Prozesse übertragen werden. Jede Änderung am Prozess, wie beispielweise die Installation von Sonden innerhalb des Fermenters, stellen in der industriellen Biotechnologie große Hürden dar. "Der Vorteil der PTR-MS Technologie ist, dass sie nicht-invasiv ist, da sie prozessrelevante Informationen aus der Messung der Abluft der Fermenter liefert", sagt Dr. Hubertus Hohenblum von Boehringer Ingelheim, einem industriellen Partner im ACIB. Eine Änderung des Prozesses ist daher nicht nötig und der Analysator, das PTR-MS, kann gänzlich außerhalb des GMP-Bereichs betrieben werden. Aus diesen Gründen ist die PTR-MS Technologie die erste und zur Zeit einzige der erprobten Lösungen, die den entscheidenden Schritt von der Forschung in die "reale Welt" machen konnte.

Ein solches PTR-MS System wurde vor einigen Wochen bei Boehringer Ingelheim RCV GmbH & Co KG in Wien installiert und liefert hochwertige Daten über den biotechnologischen Fermentationsprozess, wie schon die gute Reproduzierbarkeit der Daten zeigt. "Dies ist eine weitere Bestätigung für die Tauglichkeit von PTR-MS-basierten Lösungen für den Einsatz in der industriellen Prozessüberwachung", sagt der Biotech-Forscher Dr. Rene Gutmann von IONICON Analytik. Die schnelle Messgeschwindigkeit eines IONICON PTR-MS erlaubt darüber hinaus die parallele Überwachung, das so genannte Multiplexing, mehrerer Fermenter mit einem Gerät, was den Anschaffungspreis einer solchen High-Tech Lösung leicht rechtfertigt. Alternativ können IONICON PTR-MS Geräte auch geleast werden.

Quelle: idw / Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB)