Die Anforderungen an die Wirkstoffproduktion verändern sich. Während früher vor allem großvolumige niedermolekulare Wirkstoffe hergestellt wurden, wächst heute die Bedeutung komplexer Arzneimittel wie Biologika, Peptide, Oligonukleotide oder virale Vektoren. Diese modernen Wirkstoffe stellen deutlich höhere Anforderungen an die Herstellungsprozesse. Insbesondere temperaturempfindliche Substanzen erfordern Verfahren, die Produktqualität, Ausbeute und Wirtschaftlichkeit gleichermaßen sicherstellen.
Vor diesem Hintergrund hat das japanische CDMO-Unternehmen Peptistar ein neu entwickeltes FO-MD-System von Asahi Kasei in seine Pilotproduktion integriert. Die Technologie kombiniert Vorwärtsosmose (Forward Osmosis, FO) und Membrandestillation (Membrane Distillation, MD), um pharmazeutische Wirkstoffe ohne den Einsatz von Hitze oder Druck zu konzentrieren. Das System wird bereits im Produktionsmaßstab betrieben und im Hinblick auf einen späteren GMP-konformen Einsatz bewertet.
Wirkstoffproduktion steht vor neuen Herausforderungen
Mit der Entwicklung neuer Therapien steigen auch die Anforderungen an die Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe. Besonders Peptide und Oligonukleotide reagieren empfindlich auf thermische Belastungen. Deshalb werden sie häufig durch Gefriertrocknung verarbeitet, bei der Lösungsmittel ohne Wärmeeinwirkung entfernt werden.
Das Verfahren sorgt zwar für eine hohe Produktqualität, ist jedoch zeit-, energie- und kostenintensiv. Eine vorgeschaltete Konzentration der Ausgangslösung kann die Dauer der Gefriertrocknung deutlich verkürzen. Herkömmliche Verfahren wie die Vakuumdestillation arbeiten allerdings mit thermischer Belastung und können die Produktqualität beeinträchtigen oder Ausfällungen verursachen.
Vorwärtsosmose ermöglicht schonende Konzentration
Mit der Vorwärtsosmose setzt Asahi Kasei auf ein alternatives Verfahren zur Konzentration empfindlicher Wirkstoffe. Dabei wird Wasser über eine semipermeable Membran durch einen osmotischen Druckgradienten aus der Lösung entfernt. Da weder Hitze noch hoher Druck erforderlich sind, entstehen hochkonzentrierte API-Lösungen unter besonders milden Prozessbedingungen. Dies reduziert das Risiko thermischer Schädigungen und trägt dazu bei, die Qualität empfindlicher Wirkstoffe zu erhalten. Im Vergleich zur häufig eingesetzten Tangentialflussfiltration (TFF) bietet das Verfahren weitere Vorteile. Bei hohen Wirkstoffkonzentrationen können dort Membranfouling oder Leckagen auftreten, die Konzentrationseffizienz und Produktausbeute beeinträchtigen.
Membrandestillation ergänzt den Prozess
Die zweite Schlüsseltechnologie des Systems ist die Membrandestillation. Sie nutzt ein Dampfdruckgefälle über eine hydrophobe Membran, um flüchtige Komponenten wie Acetonitril, Alkohole oder Ammoniak selektiv abzutrennen. Auch dieser Prozess arbeitet bei Raumtemperatur oder sogar darunter. Dadurch bleibt die thermische Belastung der Wirkstoffe gering und die Produktqualität wird zusätzlich geschützt. Erst das Zusammenspiel beider Technologien ermöglicht eine Konzentration der Wirkstofflösung, ohne deren Zusammensetzung zu verändern oder unerwünschte Ausfällungen hervorzurufen.
Kürzere Gefriertrocknung in der Wirkstoffproduktion steigert Effizienz
Durch die höhere Ausgangskonzentration verkürzt sich anschließend die Dauer der Gefriertrocknung deutlich. Weniger Flüssigkeit muss entfernt werden, wodurch sich Herstellungszeiten und Energiebedarf reduzieren. Nach Angaben von Asahi Kasei verbessert dies die Produktivität bei der Herstellung hochreiner pharmazeutischer Wirkstoffe und erhöht gleichzeitig die Ausbeute. Das bei Peptistar installierte FO-MD-System ist für Batchgrößen von bis zu 100 Litern ausgelegt. Bereits bei der Entwicklung wurde die Anlage auf einen späteren GMP-konformen Betrieb ausgelegt.
Potenzial für die industrielle Wirkstoffproduktion
Mit der Installation bei Peptistar erreicht die Technologie einen wichtigen Entwicklungsschritt auf dem Weg zur industriellen Anwendung. Derzeit wird das System unter Produktionsbedingungen evaluiert und hinsichtlich eines zukünftigen GMP-Einsatzes bewertet. Asahi Kasei sieht in der Kombination aus Vorwärtsosmose und Membrandestillation ein vielversprechendes Verfahren für die Herstellung moderner pharmazeutischer Wirkstoffe. Gleichzeitig prüft das Unternehmen weitere Einsatzmöglichkeiten und bereitet die Technologie auf eine mögliche Kommerzialisierung vor. Vor dem Hintergrund wachsender Anforderungen an Effizienz, Produktqualität und Nachhaltigkeit könnte die FO-MD-Technologie künftig einen wichtigen Beitrag zur wirtschaftlichen Herstellung temperaturempfindlicher APIs leisten.
