Partner content

Bioproces van de toekomst: single-use en continu

Redactie |
(Bio)procestechnologie, Analyse & Labtechnologie

Binnen de bioprocesindustrie is er een hoop gaande. Plastic wegwerptanks vervangen ouderwetse stalen tanks en de klassieke batch-processen gaan op de schop. Vijf bedrijven vertellen over de nieuwste ontwikkelingen in deze industrie.

Gedicteerd door recente ontwikkelingen in de moleculaire chemie en biologie zijn de bioprocesindustrie en biofarma bezig met een grote transitie. Onderzoekers in labs over de hele wereld gebruiken technieken zoals CRISPR-Cas9 om nieuwe processen te ontwikkelen, van gepersonaliseerde celtherapieën tot biobrandstofproductie. Grote en kleine bedrijven pikken veel van die nieuwe processen op en proberen ze vervolgens om te zetten in efficiënte productie op grotere schaal.

Tijdens die opschaling kijkt de bio-industrie een beetje af bij de al gevestigde chemische procesindustrie. Toch blijken zeker niet alle technieken een-op-een te kopiëren. Dit vraagt dus om een heel nieuwe aanpak, veel nieuwe technieken en bedrijven die deze uitdagingen willen aanpakken. Een kijkje in de wereld van de bioprocesindustrie en hun nieuwste ontwikkelingen.

Wegwerpmateriaal

Waar de traditionele procesindustrie zweert bij grote stalen tanks die jarenlang dienst kunnen doen, blijken zulke reactoren voor biologische processen een stuk minder efficiënt. ‘Als je met bacteriën werkt, moet je de reactoren extra grondig schoonmaken’, vertelt Jan van Diermen, directeur van Biotech Services. ‘Er er mag geen restje blijven zitten, want dan kun je zomaar de volgende batch verpesten. Dat schoonmaken kost veel tijd en daarom geld.’ Daarom stappen steeds meer bedrijven over op single-use, oftewel wegwerpmateriaal.

Eigenlijk werken single-use-reactoren een beetje als je eigen vuilnisbak: je koopt een tank, hangt er een zak in en zodra je klaar bent met de reactie gooi je de zak weer weg. ‘Maar die zakken kunnen wel wat meer dan je eigen grijze zak’, vertelt Marcus Bayer, manager single-use bij Hamilton. ‘Aan de bovenkant van de zak zit een houder, waar je de zak als het ware in klikt. Die houder bevat allerlei sensoren en elektronica die je helpen om de reactie te monitoren.’

‘Met single-use verkort je de tijd die het kost om een product op de markt te zetten enorm’

Afhankelijk van je wensen kun je sensoren zoals een pH, opgeloste zuurstof of een celdichtheid sensor toevoegen om een nauwkeuriger beeld te krijgen van de reactie. Sommige van die sensoren zijn ook weer single-use, zodat de kans op vervuiling nog kleiner wordt. Maar daar zitten nog wel haken en ogen aan, merkt Bert Lindemulder, manager bij Infors Benelux. ‘De resultaten van die single-use-sensoren zijn niet altijd even goed als die van de de normale sensoren. En materialen vinden die niet in je reactie lekken, blijkt ook lastig.’

Door de flexibiliteit van het systeem en de relatief lage kosten zijn single-use-producten enorm waardevol voor startende bedrijven. ‘De investering is een stuk lager en de opstarttijd kort’, zegt Michiel Jansen, manager bij PALL Life Sciences in de Benelux. ‘Met single-use verkort je de tijd die het kost om een product op de markt te zetten enorm, omdat je flexibeler bent. Dat maakt het aantrekkelijk.’

Naast de zakken heb je ook single-use-vaten tot zo’n 50 l, waar bedrijven hun eerste opschaling in kunnen testen. De grootste schaal voor single-use-zakken is op dit moment 4.000 l. Maar de meeste bedrijven gaan niet groter dan 2.000 l, ziet marketing manager Neil Ross van GE Healthcare. ‘Je hebt het toch over plastic zakken. In zo’n reactor zet je tijdens het roeren veel kracht op het plastic. Er zitten grenzen aan wat zo’n zak aankan.’

Behalve de grenzen aan de grootte van de zak is er nog een groot nadeel aan single-use: het levert ontzettend veel afval op. Willen de bedrijven dat wel, juist nu we de wereld stukje bij beetje duurzamer proberen te maken? Van Diermen: ‘Afval is het grote nadeel van dit systeem. Gelukkig is veel van het single-use-materiaal gemaakt van recyclebaar plastic, dus zo vang je een deel van het probleem op.’ Bayer verwacht niet dat het extra afval een kritisch punt zal zijn voor de bedrijven: ‘De voordelen van single-use, vooral de lage kans op contaminatie, wegen op tegen het extra afval. En recyclen heft het kritische punt ook nog eens op.’

Aan één stuk door

Single-use wordt bovendien steeds vaker gebruikt in combinatie met een andere trend: continue processen. Dat is niet altijd een goed idee, denkt Lindemulder: ‘Voor een continuproces moet je materiaal sterker zijn en langer meegaan. Single-use is dus niet altijd geschikt.’

Maar single-use of niet, de laatste jaren worden steeds meer bioprocessen continu gedraaid, vrijwel allemaal geïnspireerd op de klassieke chemische procestechnologie. ‘Met cellen is een continuproces lastiger, want het houdt altijd een keer op’, zegt Van Diermen. ‘Dan wordt de kwaliteit van je mengsel te laag of gaan je cellen dood. Maar sommige cellijnen kunnen maandenlang groeien, dus die zijn wel geschikt voor een continuproces.’ Ook Ross ziet de interesse groeien: ‘Wij zien veel klanten die naar continuprocessen vragen. Maar het kost vaak veel technische aanpassingen, dus de implementatie is lastig.’

Maar daar laten de bedrijven zich niet door weerhouden. De Amerikaanse Food & Drug Administration (FDA) stimuleert bedrijven zelfs om over te stappen op een continuproces. Ross snapt wel waarom: ‘Je kunt meer product maken en daardoor gaan de kosten omlaag. Dat zorgt uiteindelijk voor goedkopere medicijnen.’ Maar volgens Jansen is het grotere productievolume niet de belangrijkste reden voor bedrijven om over te stappen: ‘Ze willen vooral graag flexibel zijn. In zo’n modern continuproces kun je starten vanuit kleinere volumes en gebruik je over het algemeen kleinere reactoren, dus dan is het makkelijker om dingen aan te passen.’

‘In een modern continuproces is het makkelijker om dingen aan te passen’

Zo’n flexibele opstelling maakt het wederom interessant voor startende bedrijven, aldus Bayer. ‘Je kunt snel dingen aanpassen en je hebt niet meteen een grote fabriek nodig. Je kunt alles makkelijker kwijt en het vergt een geringere investering.’

Het kost dus wel wat, maar het is mogelijk om de toevoerstromen aan te sluiten op de reactor en je cellen constant te voeren en product te laten maken. Toch zijn al die processen nog niet helemaal continu, vaak zitten er nog batchelementen tussen. ‘Met name het verbinden van de verschillende zuiveringstappen op productieschaal blijkt nog lastig’, vertelt Jansen. ‘Eigenlijk wil je continue zuivering van je product, maar dat kan nu nog niet in één moeite door. We verwachten dus dat veel processen de komende jaren nog batch en continu blijven combineren.’

Kijkje in de tank

Tijdens zo’n continuproces is het ook heel belangrijk om je reactie goed in de gaten te houden. Daarom vragen steeds meer bedrijven naar manieren om de cellen 24 uur per dag te monitoren, zodat ze het meteen kunnen zien als er iets misgaat. ‘De grootste uitdaging van het implementeren van continuprocessen is de analyse’, zegt Ross. ‘Cellen zijn een stuk minder voorspelbaar dan moleculen, er is veel meer gaande in zo’n tank. Daarom proberen wij analyses die je normaal gesproken apart doet te integreren in het systeem.’

Een van de belangrijke analyses is de hoeveelheid cellen monitoren. Om een idee te krijgen over de dichtheid van de dode cellen, kun je het volume en het gewicht meten. Hiermee bepaal je echter alleen de dode cellen, en bovendien niet heel precies. Je kunt pas echt wat vertellen over je reactie als je niet de dode, maar de concentratie levende cellen weet. Daarom gebruiken veel bedrijven een celdichtheidsensor. ‘De sensor meet de polariteit van de cellen in het mengsel en kan daaraan afleiden of de cel leeft of niet’, legt Van Diermen uit. ‘Zo weet je veel preciezer wat er nou in je tank gebeurt.’

Behalve het meten van levende en dode cellen is het al mogelijk om variabelen als pH en de zuurstofconcentratie continu te meten. Maar Bayer denkt dat deze markt nog verder gaat groeien. ‘De trend om 24 uur per dag te monitoren is al een tijd gaande, maar we zien dat onze monitorsystemen nog steeds populairder worden. Blijkbaar willen meer en meer bedrijven precies weten wat er in hun reactievat gebeurt. Daar willen we ze graag mee helpen.’

Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met onze commerciële partners Biotech services, GE Healthcare life sciences, Hamilton Bonaduz aG, infors Benelux en Pall life sciences.

Biotech Services

Biotech Services is een Nederlands bedrijf dat zich bezighoudt met het onderhouden en installeren van fermentatiesystemen, bioreactoren en diverse randapparatuur. Daarnaast is het een officieel agentschap van Solaris en in die rol levert het fermentoren aan bedrijven. Biotech Services is leverancier voor veel grote spelers op de markt, en heeft daardoor een goed overzicht van de ontwikkelingen in de bioprocesindustrie. Het bedrijf adviseert klanten over de mogelijkheden van bijvoorbeeld continue processen en helpt ze nieuwe processen op te zetten.

GE Healthcare Life Sciences

GE Healthcare Life Sciences heeft een brede expertise op het gebied van onder meer medische beeldvorming, geneesmiddelenontdekking en biofarmaceutische productietechnologieën. Het probeert bedrijven die met cellen werken te helpen om hun productie zo efficiënt mogelijk te maken. Zo is het bedrijf betrokken bij veel projecten rondom het ontwikkelen van vaccins en gentherapie. Ook biedt het met zijn FlexFactory een complete single-use-fabrieksinstallatie die bedrijven zo kunnen gebruiken. Afgelopen jaar heeft het bedrijf onder meer samen met Fujifilm Diosynth die single-use-bioproductiefaciliteiten ontwikkeld.

Hamilton Bonaduz AG

Hamilton is een van oorsprong Amerikaans bedrijf met meer dan 1.400 werknemers wereldwijd en een grote R&D- en productielocatie in Bonaduz, Zwitserland. Het bedrijf houdt zich onder meer bezig met robotica, hoogwaardige opslag onder lage temperatuur en analyseapparatuur. Het werkt veel aan manieren om single-use- en continue analyse mogelijk te maken. Afgelopen jaar bracht Hamilton OneFerm op de markt, een single-use-PH-sensor die veel biotechnologiebedrijven momenteel in gebruik nemen. Samen met partners integreren het bedrijf die producten nu in productielijnen.

Infors Benelux

Infors Benelux is onderdeel van Infors-HT, een Zwitserse leverancier van apparatuur voor biotechnologische systemen. Het bedrijf levert, installeert en onderhoudt bioreactoren, incubatieschudders en bioprocess software voor allerlei bedrijven in de Benelux. Dit doet het voor zowel processen op kleine schaal als voor grote systemen tot 1.000 l. Het specialisme van Infors Benelux is leveren aan R&D-processen.

PALL Life Sciences

PALL Life Sciences heeft een hoofdkwartier in Port Washington, New York en is van oorsprong een leverancier van filters. De afgelopen jaren heeft het bedrijf zich doorontwikkeld naar andere producten, zoals chromatografie, single-use-systemen, bioreactoren en mixers. Met dit brede portfolio helpt PALL zijn klanten om nieuwe medicijnen, vaccins en farmaceutica te produceren. Het werkt daarnaast ook veel aan het optimaliseren van de huidige processen, bijvoorbeeld door chromatografie en analysemethodes te integreren in het systeem.

Deel deze pagina

Lableveranciers

Introducing the new Xevo TQ-GC

Consistent, high performance GC-MS/MS to surpass regulatory limits

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven