Seit einigen Monaten hält das Sars-CoV-2-Virus die Welt in Atem. Die Pandemie führt nicht nur zu unzähligen Todesopfern, sondern auch zu massiven wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Verwerfungen. Als zentraler Schlüssel zur Beendigung der Krise gilt ein allgemein zugänglicher COVID-19-Impfstoff. Dieser Impfstoff muss drei Kriterien erfüllen: Eine kurzfristige Verfügbarkeit, sehr hohe Produktionsmengen und ein Preis, der den Impfstoff auch für wirtschaftlich schwache Staaten erschwinglich macht.

Konventionell werden solche biotechnologischen Prozesse in großen Edelstahlanlagen durchgeführt, deren Planung, Installation und Inbetriebnahme oft Jahre dauern und mit hohen Kosten einhergehen. Auch der Betrieb dieser Anlagen ist ressourcenintensiv, etwa weil alle Komponenten vor Verwendung aufwendig gereinigt und sterilisiert werden müssen. [2] Entsprechend aufwendig ist auch die Umstellung solcher Anlagen auf die Fertigung eines anderen Produktes.

Die Hersteller gewinnen dank dieser Einwegtechnologien massiv an Flexibilität und können ihre Produktion relativ einfach auf neue Produkte wie einen Impfstoff gegen Sars-CoV-2 umstellen. Gleichzeitig müssen nur noch wenige, vielseitig verwendbare Investitionsgüter angeschafft werden, was zu einer wesentlichen Reduzierung der Kosten führt. Soll ein Prozess stufenweise vom Labor- in den Produktionsmaßstab übertragen werden, ist dies relativ leicht umzusetzen, da die Einmalreaktoren in verschiedenen Größen von einigen Millilitern bis in den Kubikmetermaßstab verfügbar sind. Auch die Produktsicherheit profitiert: Dadurch, dass medienberührende Teile nicht wiederverwendet werden, ist eine Kontamination mit anderen Produkten ausgeschlossen.

Um diesen Effekt zu vermeiden, sind zwei Strategien bekannt: Entweder wird der hydrophobe Membranfilter mit einer dünnen Schicht aus einem hydrophilen Polymer modifiziert oder es wird von vornherein eine Membran aus einem hydrophilen Polymer eingesetzt. Industriell etabliert ist der Einsatz von Cellulosemembranen, etwa zur Abtrennung von Zellen, Viren oder Proteinen. Cellulose ist von Natur aus völlig hydrophil und neigt damit nicht zur Adsorption. Dadurch lassen sich bei der Filtration besonders hohe Ausbeuten erzielen und die Filter verblocken langsamer. Ein weiterer Vorteil: Bei Cellulose handelt es sich um einen regenerativen, aus Pflanzen gewonnenen Rohstoff, der dauerhaft in großen Mengen zur Verfügung steht.

Auch abseits der Cellulosemembranen spielt die Frage der Nachhaltigkeit eine immer größere Rolle. Mit dem Anfang des Jahres unterzeichneten European Plastics Pact haben sich erstmals Unternehmen, auch aus dem Bereich der Biotechnologie, mit dem Ziel zusammengeschlossen, den Einsatz von synthetisch hergestelltem Neuplastik zu verringern und möglichst geschlossene Stoffkreisläufe zu etablieren. Angesichts der hohen Anforderungen an Impfstoffe und Arzneimittel, insbesondere aus Perspektive der Patientensicherheit, zeichnet sich hier eine spannende und anspruchsvolle Herausforderung für Polymerchemiker und Ingenieure ab. Aber schon heute haben viele Einwegprodukte in der Biotechnologie einen kleineren ökologischen Fußabdruck als ein entsprechendes Mehrwegprodukt – und sie leisten einen entscheidenden Beitrag zur Eindämmung der Corona-Pandemie.

Autoren: Dr. Jakob Tolk und Dr. Annette Reiche (beide Sartorius Stedim Biotech GmbH)
Redaktionelle Bearbeitung: Lisa Süssmuth, GDCh