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DigitherapeutX: vorhersagbare Qualität von Biopharmazeutika

Vier Arbeitsgruppen der Paris Lodron Universität Salzburg, TU Wien, und BOKU University arbeiten zurzeit an einem besseren Verständnis und Design von Bioprozessen. Ziel der Forschungsinitiative ist es, Biotherapeutika von vorhersagbarer Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit herzustellen.

Acht von zehn der wichtigsten pharmazeutischen Produkte im Jahr 2016 waren Biopharmazeutika. Dies sind Arzneimittel, die aus biologischen Quellen, meist durch die Kultur von Säugetierzellen gewonnen werden.

Prozess-Steuergrößen für bessere Qualität

Die industrielle Produktion von Biopharmazeutika mit Hilfe von Zellkultur erfordert eine sorgfältige Auswahl geeigneter Zellen und eine Optimierung der Zellkulturbedingungen.

In diesem Zusammenhang sind nicht nur die Lebensfähigkeit und Leistungsfähigkeit der verwendeten Zellen von großer Bedeutung. Auch die molekulare Struktur und Reinheit des Zielproduktes (,das diese Zellen produzieren,) ist zentral. Erst dadurch kann die therapeutische Sicherheit und Wirksamkeit des Arzneistoffes garantiert werden.

Die grundlegende Idee

Die Struktur des Zielproduktes wird über sogenannte Qualitätsattribute ermittelt. Diese hängen stark von den Zellkulturbedingungen ab. Daher braucht es strenge Strategien zur Prozesskontrolle mit Hilfe geeigneter sogenannter Prozess-Steuergrößen.

Qualitätsattribute und Prozess-Steuergrößen sollen nun gleichzeitig überwacht und zur Erstellung digitaler Modelle herangezogen werden. Mit Hilfe der erstellten Modelle kann man dann in der Zukunft Bioprozesse gezielt anpassen. Das heißt, dass die gewünschten Eigenschaften eines Arzneistoffes bereits während der Herstellung gesteuert werden können.

Original figure © Larissa Hofer, BOKU University

Einsatz mathematischer Modelle

Dafür braucht es den Einsatz einer Computer-unterstützten Modellierung.

Erstmals versucht das Forschungsteam nämlich, Bioprozess Parameter und Qualitätsattribute systematisch digital über mathematische Modelle zu beschreiben und vorauszusagen. Dies wird durch eine einzigartige Erfassung und Verknüpfung von Daten zum Bioprozess, zu den produzierenden Zellen und zu Qualitätsattributen des Arzneistoffes ermöglicht.

Das soll – neben vorhersagbarer Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit des Zielproduktes – auch zu einer kosten- und arbeitseffizienteren Umsetzung der Biotherapeutika-Produktion führen.

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