LC in der Wirkstoffproduktion

Prozesschromatographie

von Bernhard Fischer, BGB-Analytik AG

In der Produktion von pharmakologischen Wirkstoffen werden auch flüssig-chromatographische Verfahren eingesetzt. Es gelten dort zwar die gleichen Grundlagen, aber die Zielsetzung ist eine andere als in der analytischen Chromatographie.

Die größte Anzahl flüssigchromatographischer Trennungen werden im analytischen Maßstab in unterschiedlichsten Analyselabors durchgeführt (Säulendurchmesser <5 mm bis < 25 mm je nach Technik). Das Ziel der Trennung ist die Informationsbeschaffung. Es gilt herauszufinden, was (qualitative Analyse) oder wie viel von einer Substanz (quantitative Analyse) in der Probe enthalten ist. Manchmal werden bei den Analysen die Fraktionen /Substanzpeaks gar nicht gesammelt, sondern direkt in ein Massenspektrometer weitergeleitet.
Zum Einsatz kommen unterschiedliche chromatographische Techniken wie u.a. Ionenaustausch- (IEX), Affinitäts- (AC), Gelpermeations- (GFC) und Hydrophobe Chromatographie (HIC) sowie die Umkehrphasenchromatographie (RP). Als Trennmaterialien dienen modifizierte Zucker (Dextrane, Agarosen), Polymere (z.B. Polystyrole) und Kieselgele (Silika) in analytischen Säulendimensionen von <5mm (RP) bis 25?mm (GFC).
Eine andere Zielsetzung verfolgen Pharma- oder Biotechunternehmen, die an der Entwicklung und Produktion neuer Medikamente arbeiten. Zwar werden dort auch analytische Methoden eingesetzt – meistens im Bereich der Wirkstoffentwicklung (Drug Discovery), der Methodenentwicklung, aber auch in der Prozesskontrolle (Drug Development).
Das eigentliche Ziel dieser Unternehmen ist aber die zuverlässige, sichere, langfristige und wirtschaftliche Produktion eines Wirkstoffes.
Im Bereich Drug Development werden präparative Hoch- und Niederdrucktrennungen von Syntheseansätzen oder Fermenteransätzen durchgeführt, um z.B. gereinigte Wirkstoffe (API: Active Pharmaceutical Ingredient) für Tests in den klinischen Phasen 1,2 und 3 zu erhalten. Dazu werden meistens Säulendimensionen von 10?mm (RP) bis 200 mm (IEX) eingesetzt. Im Produktionsmaßstab werden Säulen mit Durchmessern bis zu 1200?mm eingesetzt.
Im Gegensatz zu analytischen Verfahren stehen bei der Produktionschromatographie Ausbeute, Einfachheit, Reproduzierbarkeit und Kosten im Vordergrund.
Bei der Methodenentwicklung ist daher der enge Kontakt zwischen Methodenentwicklern und der Produktionsabteilung wichtig, um diesem Bedürfnis Rechnung zu tragen.
Nicht immer ist der beste analytische Ansatz sinnvoll in der Produktionsumgebung umzusetzen. Basislinientrennung der Peaks – in der Analytik oft das Ziel – spielt in der Produktion eine eher untergeordnete Rolle. Die Ausbeute, einer der wichtigsten Parameter, kann z.B. in der NP- oder RP-Chromatographie durch die Verwendung von irregulärem Kieselgel mit größerer Oberfläche erheblich gesteigert werden, anstatt einfach nur die Partikelgröße von sphärischem, analytischem Silika zu vergrößern. Der Hersteller der Trennmedien sollte in der Lage sein, das Material dauerhaft im großen Maßstab unter zertifizierten Bedingungen herstellen zu können.
Bestimmte Lösungsmittel und Zusätze (TFA, Detergenzien) bereiten im großen Maßstab erhebliche Schwierigkeiten bei der Entsorgung. Isokratische Trennungen oder einfache Stufengradienten sind linearen Gradienten vorzuziehen, da sie mit wesentlich einfacheren Systemen durchgeführt werden können.
Auch das Chromatographiesystem sollte so flexibel wie möglich gestaltet werden können. Leider sind die großen Hersteller dazu übergegangen, hauptsächlich Standard-systeme – oft ohne wirkliches Zubehör – anzubieten, die oft Funktionen bieten, die eigentlich gar nicht gebraucht werden, aber trotzdem bezahlt werden müssen. Optimal sind daher alternative Anbieter mit einem individuellem, schnellen und vollständigen Service.
Einfacher Aufbau, saubere Verrohrung ohne Schweißstellen und Schraubverbindungen, die Möglichkeit vielfältige Detektoren nutzen zu können, Leckdetektoren, mobiler Aufbau, wie z.B. auf Rollen, flexible Software, sowie die einfache Um- und Nachrüstung sollten im Vordergrund stehen. Oftmals sind es auch die kleinen Dinge, die das Leben später einfacher machen und unter Umständen die Produktivität deutlich steigern. Nützliches Zubehör, wie große Lösungsmitteltanks, geeignete Geräte, um große Mengen Trennmedien schnell und schonend anzusetzen (Slurry units), Treppen und Geländer an Säulen zum einfachen Befüllen und Entleeren, erleichtern das spätere Arbeiten ungemein und sollten neben der Säule und dem LC-System angeboten werden können.
Es empfiehlt sich auf jeden Fall, sowohl für zukünftige Methodenentwickler als auch für die Produktionschromatographeure sich in entsprechenden Fortbildungskursen über die speziellen Erfordernisse der Prozesschromatographie kundig zu machen.