Entwicklung und Herstellung biopharmazeutischer Wirkstoffe

1. Entwicklung der Produktionszelllinie

Die Historie der etablierten Zelllinie muss belegt sein, und zwar über die Wirtszelllinie. Sie beginnt bei dem Labor, in dem die Wirtszelllinie ursprünglich isoliert wurde, oder der Kultursammlung, von der die Zelllinie bezogen wurde. Passagen, Nährmedien und deren Bestandteile sind ebenfalls zu dokumentieren, vorzugsweise mit Qualitätszertifikaten der Hersteller. Gleiches gilt für die Quellen rekombinanter Gene, Expressionssysteme und die Klonierung. Rekombinante Zellklone werden auf ihre Eignung (Expressionshöhe, Expressionsstabilität und posttranslationaler Modifikationsbedarf) geprüft.

2. Herstellung der Master-Zellbank

Aus einem geeigneten Zellklon wird eine Master-Zellbank (MCB) mit einem Umfang von 200-300 Vials abgelegt und auf Reinheit, Identität, Gehalt und Vitalität geprüft. Die MCB wird GMP-konform bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert, also in der Gasphase über flüssigem Stickstoff oder in einem Ultratiefkühlgerät bei < -150 °C.

Kultivierung im Labormaßstab
Im Prozesslabor wird ein skalierbarer Kultivierungsprozess entwickelt. Für jeden Prozessparameter müssen Sollwerte inkl. Grenzen sowie Akzeptanzkriterien ermittelt werden. Die Zusammensetzung des Nährmediums wird im Hinblick auf die Bedürfnisse der Zellen und die Prozessanforderungen optimiert.

3. Herstellung der Working-Zellbank

Ein Vial der Master-Zellbank wird in Nährmedium expandiert und als Working-Zellbank (WCB) in > 300 Vials aliquotiert. Diese werden anschließend in einem GMP-konformen Prozess, der dem der MCB vergleichbar ist, kryokonserviert. Wie die MCB wird auch die WCB im Hinblick auf Reinheit, Identität, Gehalt und Vitalität geprüft und charakterisiert. Bei Zellen tierischen Ursprungs gilt ein besonderes Augenmerk eventuellen Viruskontaminationen.

4. Scale-up des Kultivierungsprozesses

Der Kultivierungsprozess wird vom Labormaßstab auf den Pilot- (d. h. Produktions-)maßstab hochskaliert. Prozessparameter und Wirkstoffqualität werden überwacht und gesteuert.

5. Scale-up des Aufreinigungsprozess

Auf der Grundlage der beiden möglichen Zwischenprodukte, nämlich a) der Zellmasse (meist bei E.-coli-Prozessen) oder b) des zellfreien Kulturüberstands (bei CHO- und Hefeprozessen), wird eine Aufreinigungssequenz aus einer festen Abfolge von Chromatographie- und Filtrationsschritten entwickelt. Für einzelne Parameter der verschiedenen Prozessschritte müssen Sollwerte inkl. Grenzen sowie Akzeptanzkriterien hinsichtlich Wirkstoffintegrität, -ertrag und -reinheit ermittelt werden. Bei Wirkstoffen, deren Herstellung in Zellkulturen tierischen Ursprungs geschieht, werden Schritte zur Eliminierung von Viren (Inaktivierung, Nanofiltration) in den Prozess integriert und hinsichtlich ihrer Virusabreicherung validiert. Abschließend wird der Aufreinigungsprozess auf Pilot- und industriellen Maßstab hochskaliert.

• Analyseverfahren und In-Prozess-Kontrollen: Für alle Phasen der Prozessentwicklung werden zuverlässige Analyseverfahren zur Charakterisierung des Wirkstoffs hinsichtlich Identität, Aktivität, Gehalt und Verunreinigungen vorgehalten oder etabliert. Analyseverfahren, die bei der Überprüfung gelieferter Ausgangsmaterialien, der Wirkstofffreigabe und als Entscheidungsgrundlage für die weiteren Schritte im Herstellungsprozess zum Einsatz kommen, werden für den jeweiligen Zweck gem. Anforderungen der ICH-Q2-Richtlinie validiert.
• Überprüfung von Reinigungsprozessen: Bei Reinigungsschritten für alle wiederverwendbaren Geräteteile, die in direkten Kontakt mit dem Wirkstoff kommen, wird der Reinigungserfolg durch visuelle Inspektion, Prüfung auf Wirkstoffreste und Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs auf Oberflächen und im letzten Spülwasser überprüft. Für die Reinigung der Ausstattungskomponenten werden toxikologisch und risikobasiert Akzeptanzkriterien entwickelt.
• Stabilitätsprüfung: Für Intermediates wichtiger Einzelschritte des Aufreinigungsprozesses werden Stabilitätsdaten erhoben. Für Zwischenprodukte werden mögliche Wartepunkte in der Prozesskette und Lagerbedingungen bestimmt. Stabilitätsdaten für den aufgereinigten Wirkstoff (»Purified Bulk«) werden gemäß ICH-Q5C-Richtlinie für reguläre und Challenge-Lagerungsbedingungen ermittelt. Daraus werden dann Verwendbarkeitsfristen und Retest-Intervalle ermittelt.

6. - 10. Prozessdokumentation

Die Ergebnisse der Zelllinien-, Prozess- und Analysenentwicklung sowie die Stabilitätsdaten werden dokumentiert und in Entwicklungsberichten zusammengefasst. Kritische Parameter für Prozesse und Geräte werden in einem risikobasierten Validierungmasterplan zusammengefasst. Für technische Chargen werden die ersten Herstellungs- und Prüfanweisungen erstellt, die Angaben zu sämtlichen Aspekten der Prozess- und Wirkstoffqualität (Identität, Reinheit, Aktivität und Gehalt) enthalten.

Die Umsetzbarkeit des für die Muttercharge erstellten Herstellungsprotokolls und des Chargenanalyseprotokolls wird durch Produktion mindestens einer Pilotcharge direkt in der GMP-Anlage überprüft. Der mit dieser Pilotcharge produzierte »Purified-Bulk« findet in der präklinischen Forschung und als Referenzstandard (erster Primärstandard) Verwendung.

11. Herstellungserlaubnis

Bei der lokalen Arzneimittelaufsichtsbehörde wird ein Antrag auf Erweiterung der Herstellungserlaubnis gemäß §13 des Arzneimittelgesetzes gestellt. Über den Antrag entscheidet die lokale Behörde in direkter Abstimmung mit dem Bundesamt für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) oder dem Paul-Ehrlich-Institut (PEI) innerhalb von 100 Tagen. Die Entscheidung gründet auf der Qualität der Prozessdokumentation, in der Regel einer Inspektion der Produktionsanlage, der Qualifikation des die Anlage bedienenden Personals und dem etablierten Qualitätssicherungssystem und sichert nachweislich die Einhaltung der jeweils zur Anwendung kommenden GMP-Richtlinien.

12. GMP-konforme Herstellung des Wirkstoffs in klinischer Qualität

Sobald die Herstellungserlaubnis vorliegt, werden eine oder mehrere Chargen des Wirkstoffs in GMP-Qualität hergestellt, analytisch geprüft und zur Weiterverarbeitung zu Prüfmustern für klinische Studien freigegeben.