Was ist Membranchromatographie?
Die Membranchromatographie verbindet die Prinzipien der Chromatographie mit den Vorteilen poröser Membranen. Im Gegensatz zu Harzsäulen, die zur Trennung auf Perlen angewiesen sind, wird bei der Membranchromatographie eine flache oder gefaltete Membranmatrix verwendet, die mit Liganden funktionalisiert ist, um Zielmoleküle zu binden. Dieser Ansatz verringert die Diffusionsbeschränkungen erheblich und ermöglicht eine hohe Bindungskapazität bei sehr kurzen Verweilzeiten, was zu einer effizienteren Verarbeitung führt.
Die Membranchromatographie arbeitet durch Konvektionsströmung und nicht durch Diffusion, was die Verarbeitungszeit erheblich verkürzt. So ermöglicht die Membranchromatographie beispielsweise bei der Virenbeseitigung eine schnelle und effiziente Reinigung in einem Bruchteil der Zeit, die andere Methoden benötigen.
Warum Membranchromatographie?
1. Reduzierter Pufferverbrauch
Membranen benötigen aufgrund ihres geringeren Säulenvolumens und höherer Durchflussraten weniger Puffervolumen. Diese Verringerung senkt die Kosten und vereinfacht die nachgeschalteten Verfahren, insbesondere bei Polierschritten.
2. Hohe Effizienz bei großen Biomolekülen
Die Membranchromatographie eignet sich hervorragend für die Reinigung großer Biomoleküle, wie virale Vektoren, Plasmide und mRNA. Ihr konvektiver Fluss gewährleistet eine gleichbleibende Leistung, selbst bei Molekülen mit hohem Molekulargewicht.
3. Minimale Verschmutzung und Wartung
Membranen sind weniger anfällig für Verschmutzungen und werden häufig für den einmaligen Gebrauch konzipiert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Reinigung und Regenerierung, was die Ausfallzeiten und das Risiko der Kreuzkontamination verringert. So sind Einwegmembranen ideal für Mehrproduktanlagen, bei denen die Minimierung von Kreuzkontaminationen entscheidend ist.
4. Kompakte Größe
Membranen sind viel kleiner als herkömmliche Reinigungssysteme und eignen sich daher ideal für Anlagen mit begrenztem Platzangebot. Ihr geringerer Platzbedarf reduziert die Anforderungen an die Infrastruktur und unterstützt flexible Produktionslayouts. Dies ist besonders vorteilhaft für Biopharma-Neugründungen und kleine Anlagen, die ihre Produktivität auf begrenztem Raum maximieren wollen.
5. Skalierbarkeit und Flexibilität
Die Skalierung der Membranchromatographie ist aufgrund ihres modularen Aufbaus einfach. Die Membranen können leicht angepasst werden, um unterschiedliche Produktionsvolumina ohne umfangreiche Systemumgestaltungen zu bewältigen. So können Membranchromatografiesysteme während der klinischen Erprobungsphase schnell skaliert werden, um wechselnde Chargengrößen zu erfüllen, wenn sich die Produktionsanforderungen ändern.
Anwendungen der Membranchromatographie
Die Membranchromatographie ist in der Biotechnologie für verschiedene Anwendungen weit verbreitet, beispielsweise:
• Herstellung von Bioprodukten: Schnelle Polierschritte zur Entfernung von Wirtszellproteinen, DNA und Endotoxinen aus therapeutischen Proteinen
• Analytische Anwendungen: Hochdurchsatz-Screening und Qualitätskontrolle, Sicherstellung der Reinheit von Biomolekülen und Überwachung kritischer Qualitätsmerkmale während der Bioprozessierung. Die Membranchromatographie wird auch zum Nachweis von Verunreinigungen wie Endotoxinen und aggregierten Proteinen in therapeutischen Formulierungen eingesetzt.
• Impfstoffproduktion: Rationalisierung der viralen Reinigungsprozesse, um virale Verunreinigungen wirksam zu entfernen. So wurde beispielsweise die Membranchromatographie bei der Reinigung von Grippeimpfstoffen eingesetzt, um die Entfernung von Restverunreinigungen bei gleichzeitig hoher Ausbeute zu gewährleisten.
• Gentherapie und mRNA-Impfstoffe: Reinigung von viralen Vektoren, Plasmiden und mRNA zur Herstellung therapeutischer Wirkstoffe in klinischer Qualität. Diese Methode ist besonders effektiv für die Reinigung von viralen Vektoren, die in CAR-T-Zelltherapien verwendet werden, die sehr empfindlich gegenüber Restverunreinigungen sind.
Die Zukunft der Membranchromatographie
Die Membranchromatographie stellt einen bedeutenden Fortschritt im Downstream Processing dar. Ihre schnelle Verarbeitung, Flexibilität und Skalierbarkeit machen sie für die Bioproduktion unverzichtbar. In der Impfstoffproduktion beispielsweise rationalisiert die Membranchromatographie die Entfernung von Viren und Verunreinigungen und sorgt für schnellere Produktionszyklen ohne Qualitätseinbußen.
Neben der Bioproduktion spielt die Membranchromatographie auch bei analytischen Anwendungen eine wichtige Rolle. Sie ermöglicht Aufreinigung und Screening mit hohem Durchsatz und unterstützt die Qualitätskontrolle und die Charakterisierung von Biomolekülen, die für die Entwicklung und Herstellung von Arzneimitteln unerlässlich sind. Ein weiterer Bereich, in dem die Membranchromatografie eine wachsende Rolle spielt, ist die Entwicklung der personalisierten Medizin. Sie wird beispielsweise in kleinen Reinigungssystemen eingesetzt, die auf individuelle Therapien für Patienten zugeschnitten sind, wie z. B. autologe CAR-T-Zellbehandlungen. Diese Therapien erfordern eine strenge Aufreinigung, um die Sicherheit und Wirksamkeit für den Patienten zu gewährleisten.
Da sich die Industrie weiterentwickelt und immer komplexere und vielfältigere Therapien hervorbringt, wird die Nachfrage nach effizienten, flexiblen und skalierbaren Aufreinigungstechnologien weiter steigen. Die Fähigkeit der Membranchromatographie, eine schnellere Verarbeitung, geringere Kosten und eine verbesserte Leistung zu bieten, macht sie zu einem Eckpfeiler künftiger Aufreinigungsstrategien.