Single-Use-Technologie: agile Bioprozessentwicklung beschleunigen

Die biopharmazeutische Herstellung steht vor einer doppelten Herausforderung: Sie muss die Entwicklung bis zur Markteinführung beschleunigen und gleichzeitig die Einhaltung der Vorschriften und die Produktqualität gewährleisten. Traditionelle Systeme aus Edelstahl haben sich zwar bewährt, sie erfordern jedoch lange Vorlaufzeiten, Validierungszyklen nach der Reinigung und Einschränkungen durch starre Kapazitäten.

Die Single-Use-Technologie (SUT) ermöglicht ein flexibles Anlagendesign, denn sie entkoppelt Kapazität und Produktmix von einer festen Infrastruktur. Über die reine Beschleunigung der Entwicklung hinaus erlaubt sie eine schnelle Anpassung an die Marktnachfrage durch variable Chargengrößen, schnelle Umrüstungen und eine parallele Produktion. Die steigert die Produktivität und Auslastung der Anlage und senkt gleichzeitig die Produktionskosten durch die Verringerung von Stillstandszeiten. Für Ingenieure lautet die Frage nicht, ob die SUT funktioniert, sondern wie sie umgesetzt werden kann, ohne Sterilität, Skalierbarkeit und Datenintegrität zu beeinträchtigen.

Der Wegfall von CIP/SIP verkürzt zwar die Entwicklungszeitpläne, der größte Mehrwert von Single-Use-Systemen liegt jedoch in der Betriebsflexibilität und der Anlageneffizienz. Modulare Einweg-Baugruppen ermöglichen schnelle Umrüstungen, einen Betrieb mit mehreren Produkten und parallele Arbeitsabläufe ohne eine feste Infrastruktur neu konfigurieren zu müssen. Reduzierte Hold-up-Volumina verbessern die Ausbeute, während kompakte Geräteanordnungen die Stellfläche in der Anlage und den Bedarf an Hilfskreisläufen senken. Alle diese Faktoren zusammen steigern den Durchsatz und die Auslastung der Assets, ermöglichen eine agile Herstellung mit niedrigeren und besser vorhersagbaren Produktionskosten.

Mit Einwegkomponenten können Ingenieure flexible Arbeitsabläufe konzipieren, die sich ohne die bei einer festen Infrastruktur auftretenden Engpässe an unterschiedliche Chargengrößen und Produktportfolios anpassen. Diese Agilität verwandelt die Bioprozessentwicklung von einem linearen, ressourcenintensiven Unterfangen in einen dynamischen, iterativen Zyklus, der schnelle Scale-up- und Scale-out-Strategien unterstützt.

Während Betriebsabläufe im Upstream oft als geschlossene und sterile Systeme konzipiert sind, arbeiten die Prozesse im Downstream üblicherweise unter Bedingungen mit kontrollierter Gesamtzahl an Mikroorganismen (Bioburden). In diesem Artikel bezieht sich „geschlossene Prozesse“ immer auf die Minimierung von Kontaminationsrisiken und manuellen Eingriffen, es bedeutet nicht, dass ein Vorgang vollständig aseptisch über alle Betriebsabläufe der Anlage hinweg stattfindet.

Für den Bau einer biopharmazeutischen Anlage aus Edelstahl werden hunderte Millionen an Investitionskapital benötigt, hinzu kommen lange Vorlaufzeiten und eine starre Infrastruktur mit entsprechend begrenzter Anpassungsfähigkeit. Für Prozessingenieure schafft dies eine Umgebung mit hohem Risiko, wo jede Änderung bei Produktmix oder Kapazität teure Nachrüstungen erfordert.

Die Single-Use-Technologie bringt grundlegende Veränderungen des Kosten- und Risikoprofils einer Anlage mit sich, denn sie verringert die Abhängigkeit von fest installierten Assets aus Edelstahl und einer Infrastruktur, die sehr viele Hilfskreisläufe benötigt. Statt sich frühzeitig auf große, starre Installationen festzulegen, können Hersteller standardisierte, modulare Einheiten einsetzen, die schrittweise Kapazitätserweiterungen und Weiterentwicklungen der Produktportfolios unterstützen. Diese Designflexibilität senkt die Anfangsinvestitionen, verkürzt die Zeit bis zum Betriebsbeginn und ermöglicht es den Anlagen, sich ohne teure Nachrüstungen an Unsicherheiten in der Pipeline anzupassen.

In der frühen Phase wird die Prozessentwicklung oft weniger durch wissenschaftliche Aspekte eingeschränkt als auch die Verfügbarkeit und Starrheit der Infrastruktur. Bei traditionellen Konfigurationen aus Edelstahl ist die Durchführung von Experimenten an stationäre Assets, lange Vorbereitungszyklen und eine nur begrenzt mögliche Parallelisierung gebunden. Single-Use-Systeme (SUS) beseitigen diese Einschränkungen, da sie modulare, schnelle rekonfigurierbare Prozessanordnungen ermöglichen, die schnelle Iteration, eine frühzeitige Beurteilung der Skalierbarkeit und einen reibungsloseren Technologietransfer ermöglichen – und dies bei Aufrechterhaltung einer GMP-konformen Prozesssteuerung.

In der Prozessentwicklung hängt der Fortschritt davon ab, wie schnell Ingenieure prüfen, anpassen und wiederholen können. Single-Use-Baugruppen unterstützen dies dank der Möglichkeit zu einer schnellen Neukonfiguration der Arbeitsabläufe im Upstream und Downstream ohne infrastrukturbedingte Stillstandszeiten. Vormontierte Einweg-Durchflusspfade ermöglichen:

• Feinanpassung der Parameter zur Optimierung von Ausbeute und Robustheit
• Frühzeitige Validierung der Skalierbarkeit, ohne sich auf stationäre Ausrüstung festzulegen
• Parallele Durchführung von Experimenten, um Prozessvarianten zu vergleichen und die Auswahl zu beschleunigen

Durch die Verringerung der Abhängigkeit von gemeinsam genutzten Assets und starren Anordnungen verkürzen SUS den Weg bis zur klinischen Reife – ohne den Prozessen durch verfrühte Anlagendesigns Fesseln anzulegen.

Die gleiche Modularität, standardisierte Durchflusspfade und schnelle Rekonfiguration, die die Prozessentwicklung beschleunigen, bilden auch die Grundlage für die kontinuierliche Verarbeitung.

Geschwindigkeit ist bedeutungslos, wenn die Sterilität versagt. Chargen in frühen Phasen sind äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Sie können Zeitpläne über den Haufen werfen und die Kosten in die Höhe treiben. Geschlossene Single-Use-Baugruppen mindern dieses Risiko durch:

• Verwendung vorsterilisierter Komponenten zur Minimierung menschlicher Eingriffe
• Gewährleistung sicherer Fluid-Transfers und Probenentnahme unter GMP-Bedingungen
• Reduzierung des Kontaminationsrisikos durch validierte Anschlusstechnologien

Die Integration dieser Kontrollmaßnahmen in die Arbeitsabläufe der Prozessentwicklung schützt vor Chargenausfällen und unterstützt eine gleichbleibend hohe Qualität. Sie ermöglicht außerdem einen schnelleren Fortschritt vom Konzept bis zur Klinik, ohne die Einhaltung der Vorschriften zu beeinträchtigen.

Die Skalierung von einem 50-Liter-Pilotbetrieb zu einer kommerziellen Charge von 2.000 Litern ist mehr als eine einfache Volumenerhöhung. Sie ist eine komplexe technische Herausforderung, bei der eine gleichbleibend hohe Produktqualität, Ausbeute und Einhaltung der Vorschriften in jeder Phase des Lebenszyklus konsequent aufrechterhalten werden muss. Single-Use-Bioreaktoren (SUBs) vereinfachen zwar die Anforderungen an die Infrastruktur und beschleunigen den Technologietransfer, entscheidend für den Erfolg ist jedoch die Präzision bei Design und Steuerung. Die Validierung von Fluiddynamik, Massentransfer und Sensorleistung ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass sich der Prozess durch die verschiedenen Phasen bis zum kommerziellen Maßstab in einer vorhersagbaren Weise verhält.

Bei Downstream-Prozessen liegt der Mehrwert von Single-Use-Systemen nicht im aseptischen Betrieb, sondern in geschlossenen, gut kontrollierten Durchflusspfaden, die Bioburden-Überwachung und Prozesskonsistenz unterstützen. Einweg-Baugruppen verringern die manuelle Handhabung und offene Verarbeitungsschritte und ermöglichen dabei in jedem Maßstab Arbeitsabläufe mit standardisierten Einheiten. Bei Downstream-Prozessen verlagern sich die technischen Prioritäten hin zur Minimierung der Hold-up-Volumina, der Gewährleistung einer gleichbleibenden Fluiddynamik und der Integration skalierbarer Inline-Sensoren. Diese Faktoren haben einen direkten Einfluss auf Ausbeute, Spülanforderungen und Produktqualität. Deshalb sind die Auslegung des Durchflusspfads und das Sensordesign entscheidend für eine zuverlässige Skalierung und robuste Produktionskosten.

Die Herausforderung: Aufrechterhalten der Prozesstreue in jedem Maßstab

Die Skalierung eines Bioprozesses verläuft selten ganz geradlinig. Um Mischmuster zu replizieren und die Zellen schädigende Scherbelastungen zu minimieren, ist es unerlässlich, die geometrische Ähnlichkeit zwischen Bioreaktoren unterschiedlicher Größen zu wahren. Die physische Geometrie garantiert für sich allein jedoch noch keine Prozesstreue. Wenn Analysesonden beim Wechsel von Beuteln im Labor- zum Produktionsmaßstab inkonsistente Daten liefern, führt dies zur Fragmentierung des von dem Prozess erstellten Fingerabdrucks. Diese Inkonsistenz zwingt Ingenieure zu einer reagierenden Fehlerbehebung, sie verzögert den Technologietransfer und birgt das Risiko von Chargenverlusten.

Die Lösung: Standardisierung der Daten mit skalierbarer Sensortechnologie

Standardisierte digitale Sensoren schließen die Skalierungslücke durch die Priorisierung der Sensor-Übertragbarkeit. Durch den Einsatz standardisierter, digitaler Messtechnologien gewährleisten wir eine konsistente analytische Leistungsfähigkeit – im kommerziellen Betrieb mit 2 000 Litern genauso wie im kleineren Maßstab. Inline-Überwachung fungiert dabei als wichtige Schutzeinrichtung, denn sie ermöglicht das Echtzeit-Feedback, das für eine genaue Prozesssteuerung und GMP-Konformität während des Scale-up benötigt wird.

Technische Prioritäten für ein erfolgreiches Scale-up:

• Linearität der Daten sicherstellen: Einsatz standardisierter Sensortechnologie, um die Genauigkeit der Sonden und einen kalibrierungsfreien Betrieb für alle Behältervolumina zu gewährleisten.
• Prozessdynamik validieren: Bestätigung durch CFD-Modellierung, gleichbleibendes Design oder empirische Prüfungen, dass das Verhalten der Fluide vorhersagbar ist.
• Datenintegrität automatisieren: Benennung von Überwachungssystemen, die kontinuierliche Datenintegrität unterstützen.

Diese Eigenschaften sind ebenfalls wichtig für eine kontinuierliche Verarbeitung. Bei ihr hängen stabile Betriebsabläufe von einer gleichbleibenden Prozessdynamik, unterbrechungsfreien und vergleichbaren Datenströmen und einer automatisierten Datenintegrität ab, um auch ohne chargenbasierte Rücksetzungen oder manuelle Eingriffe die Kontrolle zu behalten.

Der Vorteil: vorhersagbarer und schnellerer Technologietransfer

Wenn Ihre Sensoren vom kleinsten bis zum größten Maßstab „die gleiche Sprache sprechen“, wird der Übergang von der Entwicklung bis zur Produktion vorhersagbar. Bei Gewährleistung höchster Standards in der Produktqualität bedeutet dies:

• Reduzierte Validierungszyklen
• Weniger Prozessabweichungen
• Schnellerer Weg bis zur klinischen Reife

Mit steigenden Arbeitsvolumina wird es schwieriger, Sauerstofftransfer, Nährstoffverteilung und Mischeffizienz zu kontrollieren. Ingenieure müssen folgende Aspekte optimieren:

• Die Konstruktionsweise von Flügelrädern und die Rührgeschwindigkeit, um Homogenität zu gewährleisten
• Die Konfiguration von Spargern (Begasern) für eine konstante Gasverteilung
• Die Anordnung von Sensoren für ein genaues Echtzeit-Feedback

Fortschrittliche Inline-Überwachung und Single-Use-Sensoren ermöglichen, Abweichungen frühzeitig zu erkennen und Risiken beim Technologietransfer zu verringern. In Kombination mit robuster Modellierung und Validierung sorgen diese Maßnahmen dafür, dass das Scale-up die gleiche Leistung liefert wie der Pilotbetrieb, ohne Abstriche an der Produktqualität oder bei der Einhaltung von Vorschriften zu machen.

Umgang mit extrahierbaren und auslaugbaren Stoffen in Single-Use-Umgebungen

Single‑Use-Systeme erfordern eine genaue Überwachung von extrahierbaren und auslaugbaren Stoffen („extractables and leachables“, E&L) im Hinblick auf Sicherheit und Einhaltung der Vorschriften. Alle diese Kontaktmaterialien müssen auf chemische Verträglichkeit und Risiken durch Migration bewertet werden.

Eine effektive E&L-Rahmenstruktur sollte umfassen:

• Charakterisierung der Materialien: Verstehen aller Komponenten und in der Herstellung eingesetzten Additive, um die Verträglichkeit unter allen Prozessbedingungen zu gewährleisten.
• Risikobasierte Strategie: Bewerten von Komponenten nach ihrer Kritizität für den Prozess, Prüfen von Worst-Case-Szenarios und Gewährleisten der toxikologischen Sicherheit; eine robuste Änderungssteuerung ist unerlässlich, da sich Material- oder Prozessänderungen auf E&L auswirken.
• Abstimmung mit gesetzlichen Vorschriften: Einhaltung weltweiter Standards wie USP <665>/<1665>, ICH und FDA/EMA-Leitlinien und Führung einer rückverfolgbaren Dokumentation von der Entwicklung bis zur GMP-konformen Produktion.

Die frühzeitige E&L-Integration verringert Risiken bei der Validierung und unterstützt die sichere Einhaltung von Qualitäts - und gesetzlichen Anforderungen.

Durch die Umsetzung der Single‑Use-Technologie verlagert sich der Fokus bei der GMP-Konformität von der Validierung der Reinigung zum Umgang mit Änderungssteuerung, Aufsicht über Lieferanten und Dokumentation.

Wichtige Aspekte sind:

• Änderungssteuerung bei Komponenten: Jede Änderung kann sich auf E&L und die Leistung auswirken, deshalb benötigen Ingenieure rechtzeitige Aktualisierungen von Lieferanten und Bewertungen der Auswirkungen.
• Validierungsdokumentation: Auch bei vormontierten Systemen müssen Sterilität, Integrität und Eignung nachgewiesen werden, außerdem muss die eindeutige Rückverfolgbarkeit der Materialien gewährleistet sein.
• Lieferantenqualifizierung: Zuverlässige Lieferanten sind unerlässlich; formelle Vereinbarungen, Audits und der Zugang zu Daten erleichtern das Risikomanagement und die Lebenszyklussteuerung.

Frühzeitige Planung bei Änderungssteuerung und Validierung optimiert den Technologietransfer und stärkt die GMP-Konformität bei der Ausweitung der Produktion.

Die horizontale Skalierung ist eine entscheidende Strategie, um Agilität in der modernen biopharmazeutischen Herstellung zu erreichen. Statt sich auf einen einzigen, großen Bioreaktor zu verlassen, entscheiden sich Anlagen mit mehreren Produkten zunehmend für modulare Konzepte, die parallele Produktionslinien ermöglichen. Ohne die Einschränkungen einer stationären Edelstahl-Infrastruktur bietet dieser Ansatz außerdem klare Vorteile wie beispielsweise:

• Verringerung von Betriebsrisiken
• Unterstützung schnellerer Umrüstungen
• Ermöglichung der gleichzeitigen Produktion klinischer Chargen für mehrere Therapien

Single-Use-Systeme bieten diese Möglichkeit durch die Bereitstellung standardisierter Einweg-Baugruppen, die über mehrere Produktionslinien hinweg schnell eingesetzt und repliziert werden können.

Scale-out ist mehr, als einfach nur Behälter doppelt herzustellen. Es erfordert eine standardisierte Infrastruktur, die Konsistenz und Konformität über alle Produktionslinien hinweg gewährleistet. Wenn statt eines sehr großen Tanks mehrere Single-Use-Bioreaktoren von je 2 000 Litern verwendet werden, verteilt sich das Risiko, und der Durchsatz wird gesteigert. Jeder Fluidpfad muss mit validierten Messgeräten für folgende Aufgaben ausgestattet sein:

• Druckregelung und Überdruckschutz
• Genaue Füllstandsüberwachung
• Zuverlässige Durchflussmessung bei kritischen Zudosierungen

In Downstream-Prozessen ist es sehr wichtig, die gleichen standardisierten Messgeräte in allen parallelen Produktionslinien einzusetzen, um die Durchflussverteilung zu steuern, Hold-up-Volumina zu minimieren und eine konstante Leistung bei der Aufreinigung sicherzustellen. Dies hat direkte Auswirkungen auf Ausbeute, Spüleffizienz und Abweichungsrisiken.

Die Standardisierung aller dieser Elemente sorgt für Prozessintegrität und vereinfacht die Qualifizierung für GMP-Konformität.

Die Herausforderung: Der Engpass bei Kampagnen in Umgebungen mit mehreren Produkten

In Umgebungen mit mehreren Produkten bedeutet der Übergang zwischen verschiedenen Arzneimittelkandidaten, beispielsweise die Umstellung einer Linie, auf der zuvor monoklonale Antikörper (mAbs) hergestellt wurden, üblicherweise einen größeren Engpass.

In Anlagen aus Edelstahl kommt es durch die erforderliche umfangreiche Validierung von Clean-in-Place (CIP) und Steam-in Place (SIP) zu tagelangen Stillstandszeiten in den Produktionsplänen. Außerdem sind diese Verfahren mit erheblichen Risiken durch Kreuzkontamination verbunden. Diese starren Strukturen schränken die Fähigkeit einer Anlage ein, auf die wechselnden Anforderungen in der Pipeline zu reagieren.

Die Lösung: Flexibilität dank Parallelbetrieb durch Scale-out

Durch ein Scale-out mit modularen Single-Use-Baugruppen können Hersteller den durch die Reinigung verursachten Engpass vollständig beseitigen. Da jeder Fluidpfad ein eigenes, geschlossenes Einwegsystem ist, wird das Risiko einer Verschleppung von Verunreinigungen („Carryover“) technisch aus dem Prozess ausgeschlossen. Dies ermöglicht eine verschleppungsfreie Lösung mit wichtigen technischen Vorteilen für schnelle Umstellungen:

• Garantierte Verschleppungsfreiheit: Vorsterilisierte Einwegkomponenten ermöglichen schnelle Produktwechsel, bei denen gewährleistet ist, dass keine Rückstände aus der vorherigen Kampagne die nächste Charge verunreinigen können.
• Integrität eines geschlossenen Systems: Validierte Verbindungselemente und Single-Use-Baugruppen gewährleisten Sterilität bei Umstellungen und minimieren die Notwendigkeit für eine erneute Klassifizierung von Reinräumen.
• Stunden statt Tage: Der Wegfall der CIP/SIP-Schritte bietet Herstellern die Möglichkeit, die Produktion zwischen unterschiedlichen mAbs oder Impfstoffen innerhalb von Stunden statt Tagen umzustellen und damit die Auslastung der Anlagen und die Betriebszeit der Geräte zu maximieren.

Die Vorteile: Pipelines mit mehreren Produkten in hoher Geschwindigkeit

Diese Fähigkeit verwandelt die Anlage in ein Zentrum der agilen Herstellung. Das Scale-out mit Einwegkomponenten sorgt dafür, dass der Wechsel zwischen unterschiedlichen Therapien eher ein Standard-Betriebsverfahren als ein mit hohen Risiken verbundenes technisches Projekt ist. Das Ergebnis ist eine widerstandsfähigere Lieferkette und bietet zudem die Möglichkeit, verschiedene Produktpipelines zu unterstützen, ohne Abstriche an GMP-Standards zu machen.

Agilität in der biopharmazeutischen Herstellung muss mit der Einhaltung von Vorschriften und Rückverfolgbarkeit Hand in Hand gehen. Bei der Skalierung von Prozessen von der Entwicklung bis zur GMP-Produktion gewährleistet die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen digitalen Threads, dass jeder Datenpunkt – von den frühen Experimenten bis zu kommerziellen Chargen – stets genau, sicher und mit den gesetzlichen Vorschriften konform bleibt.

Der Technologietransfer findet oft dort statt, wo die Prozesskontinuität zusammenbricht. Wenn sich die Analysemethoden und Sensortechnologien zwischen Entwicklungs- und GMP-Umgebungen unterscheiden, leidet die Vergleichbarkeit der Daten – mit entsprechenden Auswirkungen auf die Validierung und verlässliche Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Um dies zu vermeiden, sollten Ingenieure:

• In jedem Maßstab standardisierte Sensortechnologie einsetzen
• Inline-Überwachung für die Parameterverfolgung in Echtzeit integrieren
• Sicherstellen, dass kritische Messungen (pH, gelöster Sauerstoff, Durchfluss, Druck) vom Labor bis ins Produktionswerk einheitlich bleiben

Dieser Ansatz erfasst einen präzisen Fingerabdruck des Prozesses während der Entwicklung und bewahrt ihn über die gesamte Skalierung. Dies beschleunigt die Validierung und verringert die Risiken beim Technologietransfer.

In Single-Use-Umgebungen wird das Fluidmanagement zu einem kritischen Erfolgsfaktor für die Integrität des Prozesses und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Die Verwendung von Sensoren mit geringer Genauigkeit führt zu Variabilität bei der Messung, die sich in Form von Verlusten bei der Ausbeute und Qualitätsabweichungen auswirken kann. Die Durchführung hochpräziser Messungen von der Entwicklung bis zur kommerziellen Produktion ist gerade bei hochwertigen Biologika unerlässlich.

In einer agilen Produktionsumgebung ist Geschwindigkeit immer nur so wertvoll wie die erzielte Präzision. Beim Scale-up können bereits kleine Ungenauigkeiten zu signifikanten Abweichungen bei Zudosierungen oder geerntete Volumina führen.

Viele herkömmliche Single-Use-Durchflusssensoren liefern nur ungefähre Werte, die äußerst empfindlich auf Veränderungen bei Dichte und Temperatur des Fluids oder das Vorhandensein von Mikroblasen reagieren. Für Ingenieure stellen diese „ungefähren“ Werte einen kritischen Engpass dar: Wenn die Messung unzuverlässig ist, muss die gesamte automatisierte Abfolge für Dosierung oder Ernte angehalten und manuell verifiziert werden.

Die Lösung: Präzision beim Massedurchfluss mit dem Coriolis-Prinzip

Statt sich auf volumetrische Schätzungen zu verlassen, die je nach Temperatur oder Druck schwanken, kann dieser Engpass durch die Anwendung des Coriolis-Prinzips in Single-Use-Systemen beseitig werden. Die direkte Messung transformiert den Arbeitsablauf durch:

• Leistungsfähigkeit, die hinsichtlich der Eigenschaften „agnostisch“ ist: Direkte Massedurchflussmessung, ohne auf volumetrische Schätzungen angewiesen zu sein. Sie erzielt absolute Genauigkeit unabhängig von Veränderungen bei Dichte oder Viskosität der Medien. Dies sorgt dafür, dass die Zudosierung eines Puffers am Anfang einer Kampagne genauso präzise ist wie der Erntefluss am Ende.
• Kalibrierungsfreie Zuverlässigkeit: Vorkalibrierte Sensoren, bei denen die Stillstandszeit für die Einrichtung vor Ort entfällt, unterstützen schnelle „Plug-and-Play“-Wechsel, um die Genauigkeit für Massedurchfluss, Dichte und Temperatur zu gewährleisten.
• Verwertbare digitale Daten: Feedback-Daten in Echtzeit für Regelkreise und die Einhaltung von Vorschriften sorgen dafür, dass die Automatisierungsarchitektur der Hersteller sofort auf Prozessveränderungen reagieren kann.

In der Bioprozesstechnik wirkt sich eine geringe Messgenauigkeit direkt auf die Abscheidungseffizienz aus und zwingt Anlagenbetreiber, Kompromisse zwischen Produktverlusten und der Verschleppung von Verunreinigungen zu machen – und dadurch letzten Endes die Ausbeute zu verringern und die Produktionskosten (COP) durch Nachverarbeitung, längeres Spülen oder Abweichungsrisiken von Charge zu Charge zu erhöhen. Zuverlässige Messungen verringern auch den Dokumentationsaufwand für die cGMP-Konformität.

Dieser Ansatz kommt ohne Vermutungen aus und sorgt dafür, dass agile Arbeitsabläufe in jedem Maßstab effizient und GMP-konform bleiben.

Der Vorteil: Scale-out ohne Unsicherheit

Die derzeitigen Single-Use-Sensoren sind größtenteils von einem für den Einsatz im Labor bestimmten Sensordesign abgeleitet, bei dem Materialverfügbarkeit und Kosten relevantere Faktoren sind als GMP-Anforderungen. Robustheit, Langzeitstabilität und Prozesszuverlässigkeit werden folglich nicht immer ausreichend berücksichtigt. Ziel der nächsten Generation muss ein Sensordesign für den industriellen Einsatz sein – mit der Übertragung bewährter Prinzipien auf Single-Use-Formate unter Beibehaltung von Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz.

Wenn Ihre Anlage den Schritt von der „Schätzung“ zur „Ausführung“ vollzieht, vermeidet sie die mit Dosierungsfehlern verbundenen Nachbesserungen und Ausbeuteverluste. Diese Präzision sorgt dafür, dass Ihre Messtechnik beim Scale-out Ihrer Produktionslinien für mehrere Produkte den Erfolg beschleunigt, statt ihn zu hemmen.

Die Herausforderung: Schließen der Genauigkeitslücke

Früher mussten sich Ingenieure zwischen der Flexibilität von Single-Use-Lösungen und der Präzision von Coriolis-Durchflussmessgeräten aus Edelstahl entscheiden. Diese „Genauigkeitslücke“ führte oft zu Prozessabweichungen beim Technologietransfer, da die im Labor verwendeten Messungen nicht mit der Leistung in der Produktionsumgebung übereinstimmten.

Die Lösung: konsistente Coriolis-Messung in jedem Maßstab

Fortschrittliche Single-Use-Coriolis-Durchflussmessgeräte wie die für biopharmazeutische Anwendungen entwickelten Geräte, beispielsweise Proline Promas U 500, bieten in Einweg-Umgebungen die gleiche hohe Genauigkeit, die in Edelstahlsystemen erwartet wird. Wichtige technische Vorteile:

• Vollständig konsistente Messung in jedem Maßstab: von kleinen Chargen in der Produktentwicklung bis zur kommerziellen Ernte großer Volumina
• Integrität rückverfolgbarer Daten: Vollständige Integration mit digitalen Überwachungssystemen gewährleitet Auditsicherheit und automatisierte Erstellung von Chargenberichten.
• Feedback in hoher Auflösung: Verringert das Risiko von Prozessabweichungen, da Inkonsistenzen im Durchfluss erkannt werden, bevor sie sich auf die Produktqualität auswirken.

Der Vorteil: Skalierbarkeit ohne Kompromisse

Durch die Integration einer hochpräzisen Durchflussregelung in Single-Use-Baugruppen stellen Ingenieure eine nahtlose Verbindung zwischen Agilität und Präzision her – ein entscheidender Faktor für die Aufrechterhaltung der Produktqualität beim Scale-up und Scale-out.

Die Single-Use-Technologie hat die biopharmazeutische Herstellung grundlegend verändert, indem sie starre Infrastrukturen aus Edelstahl durch modulare Einwegsysteme ersetzt hat, die ein schnelles Scale-up und Scale-out ermöglichen. Doch Agilität funktioniert nur, wenn sie durch präzise Messungen, standardisierte Sensoren und starke Datenintegrität unterstützt wird. Wenn Hersteller die SUT mit zuverlässigen Analysegeräten und digitaler Rückverfolgbarkeit kombinieren, können sie souverän skalieren und gleichzeitig Qualität und die Einhaltung von Vorschriften gewährleisten.

Zusammen betrachtet, weisen diese Entwicklungen in eine klare technische Richtung: vollständig geschlossene, untereinander vernetzte Verarbeitungsarchitekturen, die letztendlich einen kontinuierlichen Betrieb unterstützen können. Um dies zu erreichen, wird mehr als nur Einweg-Hardware benötigt – es hängt ab von standardisierten Durchflusspfaden, zuverlässigen Inline-Messungen, robusten Steuerungsstrategien und Datenintegrität von Ende zu Ende. Auch wenn die Einführung weiterhin mit Hybridlösungen und schrittweise erfolgen wird, bieten diese Grundlagen Herstellern die Möglichkeit, wichtige Schritte von isolierten Chargen hin zu integrierten, kontrollierten Prozesssträngen zu gehen, die manuelle Eingriffe, Variabilität und Betriebsrisiken reduzieren.