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Zeitfragen | Beitrag vom 22.04.2021

MedikamentenherstellungKondome als Bioreaktoren

Von Martina Senghas

In einem Labor stehen mehrere mit Algen gefüllte Bioreaktoren in einer Reihe. (picture-alliance/ dpa / Peter Endig)
Normalerweise sind Bioreaktoren Behälter aus starrem Material. Würden sie mit den Kulturen mitwachsen, hätte das Vorteile, etwa bei der Herstellung von Biopharmazeutika. (Symbolbild) (picture-alliance/ dpa / Peter Endig)

Bis zu achtmal müssen bei der Medikamentenherstellung Zellkulturen in jeweils größere Bioreaktoren umgefüllt werden. Zu umständlich, befand Bioprozessentwickler Valentin Kramer. Für seine dehnbaren Behälter experimentierte er am Anfang mit Kondomen.

Valentin Kramer ist Ende zwanzig und hat an der Hochschule Mannheim seinen Master in Bioprozessentwicklung gemacht. Zu seinem Studium gehörte unter anderem, im Labor zu stehen und in Nährlösungen Zellkulturen anzulegen.

"Das Problem ist, wenn man die in einem kleinen Gefäß hat, dann geht denen irgendwann der Platz aus", sagt er. "Je mehr sie werden, desto mehr Platz brauchen sie. Und wenn dieser Zeitpunkt eintritt, muss ich diese Zellen aus dem kleinen Gefäß herausnehmen und in ein größeres Gefäß überführen."

Das ist nicht nur umständlich, sondern kann auch riskant sein. Werden die Zellkulturen beim Umfüllen verunreinigt, müssen Forschende ihre Versuche noch einmal von vorn anfangen.

"Ich habe eigentlich schon im dritten Semester vom Bachelor die Idee gehabt: Das ist totaler Schwachsinn, was wir hier jeden Tag machen. Das muss besser gehen", sagt Valentin. 

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Er fand die Lösung darin, dass die Gefäße ausdehnbar sein müssten und mitwachsen können. Also hat der Prozessentwickler angefangen zu experimentieren.

"Der erste Schritt war, wirklich zu gucken, was ist das Material, das ich ohne große Probleme kriegen kann, das sich am meisten dehnen lässt? Und das waren Kondome, die man eben bis 20 Liter aufblasen kann."

Deshalb hat er sich davon Großpackungen in der Drogerie besorgt, dazu Schläuche aus dem Baumarkt, um die Zellkulturen im Kondom-Inneren von außen versorgen zu können.

"Ganz am Anfang habe ich in der Küche alles zusammengebastelt und zusammengemischt und habe die allerersten Versuche auch mit Zuckerwasser und Backhefe gemacht, weil ich gedacht habe, wenn das nicht funktioniert, kann ich es gleich lassen."

Ausgezeichnet mit dem Gründerpreis Baden-Württemberg

Aber es hat funktioniert. Inzwischen ist Valentin Kramer Mitbegründer eines Start-ups, zusammen mit zwei Professoren, die ihn bei der Entwicklung unterstützt haben, und seinem ehemaligen Kommilitonen Frederik Gertz.

"Wir sind gerade in Kooperation mit einem Produzenten, der uns die serielle Fertigung durchführen soll. Das heißt, wir bekommen demnächst Konzepte, wie das dann vonstatten gehen kann, werden uns für eines entscheiden und Ende des Jahres könnten dann die ersten maschinell gefertigten Reaktoren in unseren Händen liegen."

Und auf den Markt kommen. Das Land Baden Württemberg hat dem Unternehmen dafür 2020 den Gründerpreis verliehen.

Gerade für bestimmte Bereiche in der Arzneimittelherstellung ist die Erfindung vielversprechend: Biopharmazeutische Wirkstoffe wie Hormone oder neue Krebsmedikamente werden letztlich in riesigen Tanks produziert. Aber zuvor muss man eine bestimmte Anzahl an Zellen züchten. Das passiert in mehreren Schritten: Ein paar wenige kommen in eine Nährlösung, teilen und vermehren sich und werden bis zu achtmal in den nächstgrößeren Bioreaktor umgefüllt. Erst dann kann es in die Großproduktion gehen.

Ein Bioreaktor, der mitwächst

Dafür, dass man nicht gleich in einem großen Behälter starten kann, gebe es mehrere Gründe, sagt Valentin Kramer.

"Einmal biologische Gründe: Die Zellen brauchen eine bestimmt Dichte, sie fühlen sich nicht wohl, kann man sagen, wenn es zu wenige auf zu großem Platz sind. Und dann ist es auch ein ökonomisches Problem. Stellen Sie sich vor, Sie würden eine Pflanze pflanzen wollen auf einem riesigen Feld, aber Sie haben nur einen einzigen Samen und den werfen Sie irgendwo aufs Feld, wissen aber nicht wo. Und jetzt müssen Sie, bis die Pflanze wächst, das ganze Feld wässern und düngen. Das lohnt sich nicht."

Deshalb zieht man den Samen lieber in einem kleinen Gefäß vor und topft dann um. Genauso verhält es sich mit den Zellen für die Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen. Und hier kommt die Idee des dehnbaren Zuchtgefäßes ins Spiel. Die Vorteile eines mitwachsenden Bioreaktors lägen auf der Hand, so Frederik Gertz:

"Die Zellen können schneller wachsen, erreichen schneller Zelldichten, die dann später für die Produktion verwendet werden können. Ein anderer großer Vorteil ist natürlich, dass wir extrem viel Müll einsparen können, weil auch diese sechs bis acht Umtopfschritte in Single-Use-Produkten gemacht werden. Die werden einmal verwendet, danach werden sie weggeschmissen. Unser Produkt auch, aber es ist nur ein Reaktor im Vergleich zu sechs bis acht Reaktoren ansteigender Größe."

Das Interesse der Pharmabranche ist groß

Das Herumexperimentieren mit Kondomen und Baumarktprodukten gehört längst der Vergangenheit an. Das Material, das die Forscher inzwischen verwenden, ist ein hochwertiger Kunststoff. Er entspricht medizinischen Normen, ebenso die verwendeten Schläuche und Kleber. Und die Pharmabranche sei sehr interessiert, sagt Frederik Gertz.

"Interessenten gibt es auf jeden Fall. Wenn ich noch einmal kurz auf die Anfangszeit zurück kommen kann: Als Valentin noch nichts in der Hand hatte, nur die Idee gepitcht hatte, kamen direkt nach dem Vortrag diverse Leute auf ihn zu und wollten den Reaktor sofort kaufen. Das Interesse ist da und sie hätten es lieber gestern als morgen."

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