Bei der Produktion von Oligonukleotiden und Peptiden (engl. Sammelbegriff: Tides) kann die Aufreinigung aufgrund der enormen Lösungsmittelmengen einen Engpass darstellen. Aus diesem Grund hat Bachem das erste kontinuierliche Chromatographiesystem für die Center-Cut-Aufreinigung von Tides im industriellen Massstab eingerichtet.
Der weltweit steigende Bedarf an Oligonukleotiden und Peptiden (Tides) verlangt von Vertragsherstellern und -entwicklern (CDMO) innovativere Prozesse. So können die grossen Mengen an Tides nachhaltig gereinigt werden – was zentral ist für die Bereitstellung wichtiger Medikamente.
In einem Webinar von Bachem erklärten Dr. Ralf Eisenhuth, Prozesschemiker bei Bachem, Prof. Massimo Morbidelli und Dr. Thomas Müller-Späth, zwei der Pioniere der Multicolumn-Counter-Current-Solvent-Gradient-Purification-Technologie (MCSGP) und Mitbegründer der Chromacon AG (heute Teil von YMC Japan), welche Entwicklungen notwendig waren, um MCSGP zu einem Standardverfahren zu entwickeln. Das bei Bachem etablierte Verfahren ist jetzt in der Lage, bis zu zwei Tonnen Rohpeptide und 500 Gramm Oligonukleotide unter GMP-Bedingungen zu reinigen.
Vom Batch-Modus zu kontinuierlicher Produktion
Die Einführung dieser Reinigungstechnologie führt zu einer enormen Verringerung des Lösungsmittelverbrauchs und der Prozessmassenintensität (PMI). Und sie folgt einem Trend, der in vielen Industriezweigen zu beobachten ist: der Übergang von der Batch-Produktion zur kontinuierlichen Produktion. Wie Prof. Morbidelli erklärte, befürwortet auch die FDA diesen Übergang im Bereich der Peptide und Oligonukleotide.
Bachem hatte als erste CDMO im Jahr 2020 die MCSGP-Systeme für die Grossproduktion bestellt. Nachdem rund drei Tonnen Stahlventile und Pumpen mit zwei bereits vorhandenen 30-Zentimeter-Säulen installiert wurden, erfolgten 2022 die Qualifizierung des Systems und die erste GMP-Reinigung. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Bei einem Molekül konnte die Gesamtausbeute um 21 Prozent gesteigert und der Lösungsmittelverbrauch um 75 Prozent gesenkt werden. 2023 wurden die ersten GMP-Chargen von Peptiden und Oligonukleotiden freigegeben.
Kontinuierliche Chromatografie
MCSGP ist ein vollautomatisches System mit zwei Säulen, die im Gegenstromverfahren betrieben werden. Es reinigt intern die Seitenfraktionen, sogenannte «Side-Cuts», und eluiert gleichzeitig und kontinuierlich Produktfraktionen, indem es von einer Säule zur anderen wechselt. Während der Gradienten-Aufreinigung werden schwach und stark adsorbierende Verunreinigungen vom Produkt getrennt.
Nach dem Eluieren von Säule 1 werden die schwach adsorbierenden Side-Cut-Fraktionen verdünnt und auf Säule 2 übertragen. Während das Produkt von Säule 1 eluiert wird, wird eine neue rohe Lösung auf Säule 2 aufgegeben. Nach der Eluierung und Sammlung des Produkts werden die spät-eluierenden Nebenfraktionen verdünnt und auf Säule 2 übertragen. Das gleiche Eluierungsverfahren wird dann mit Säule 2 wiederholt.
MCSGP erhöht die Kapazität, die Qualität und die Nachhaltigkeit des Reinigungsprozesses. Es handelt sich dabei um eine skalierbare, hocheffiziente Technologie, die sich besonders für die Produktion im grossen Massstab eignet. Durch den Einsatz eines automatisierten Systems kann es rund um die Uhr laufen, wodurch die Zykluszeiten der Reinigungskampagnen erheblich verkürzt werden.
Jetzt werden Tonnen gereinigt
Laut Dr. Eisenhuth «kann MCSGP die Unzulänglichkeiten von Batch-Verfahren beheben, da andere chromatographische Bedingungen angewendet werden können». Er erläuterte zudem, dass die Handhabung von Seitenfraktionen entfalle und die Notwendigkeit einer erneuten Chromatographie eliminiert werden würde. «Dank der UV-basierten Prozesskontrolle läuft das MCSGP-System sehr robust, sodass es mit minimaler Überwachung betrieben werden kann.» Dr. Müller-Späth ergänzt: «Die UV-basierte Prozesskontrolle kann auch helfen, Schwankungen in der Säulenbetthöhe auszugleichen.»
In welcher Phase des Projektlebenszyklus sollte MCSGP evaluiert werden? – «So früh wie möglich», sagten die Experten und wiesen darauf hin, dass die mechanistische Modellierung von MCSGP die Prozessentwicklung beschleunigen könne.
Zur Kapazität sagte Dr. Eisenhuth ausserdem, dass «wir mit einer Linie nahe an zwei Tonnen pro Jahr liegen. Und in unserem neuen Produktionsgebäude am Standort Bubendorf (BL) werden wir in der Lage sein, mehr als drei Tonnen pro Linie zu reinigen.» Auch wies er darauf hin, dass Bachem die erste Prozessvalidierung im Massstab durchgeführt hat. «Diese ist abgeschlossen und zeigte die Machbarkeit der Aufreinigung im grossen Massstab.»
