Chromatografie: Neue Säulen für reine Wirkstoffe

Wenn Medikamente aus großen Biomolekülen bestehen, müssen sie erst aufwendig gereinigt werden – das ist Susanne Schweigers Spezialgebiet.
Wenn Medikamente aus großen Biomolekülen bestehen, müssen sie erst aufwendig gereinigt werden – das ist Susanne Schweigers Spezialgebiet.(c) Die Presse (Clemens Fabry)

Viele Medikamente werden von Mikroben hergestellt. Mit einer speziellen Technik gewinnt die Biotechnologin Susanne Schweiger daraus Reinsubstanzen.

Man muss sich das vorstellen wie eine große Suppe, in der Hunderttausende Einlagen schwimmen. Daraus will man jetzt eine einzige herausholen und von den anderen trennen", bemüht die Biotechnologin Susanne Schweiger Begriffe aus dem Alltag, um ihr Fachgebiet, die Chromatografie, zu beschreiben.

Ein Vergleich, der stark vereinfacht klingt, dabei aber zutreffender ist, als man vermuten mag: Schweiger arbeitet an der Gewinnung von biologischen Wirkstoffen, die in großen, mit Nährflüssigkeit gefüllten Bioreaktoren von Mikroorganismen hergestellt werden. Ihre Aufgabe ist es, aus dieser „Suppe" einen Stoff zu gewinnen, der rein genug ist, um ihn in die Venen eines Menschen zu spritzen – diese sogenannte Aufreinigung ist einer der wichtigsten Schritte in der Produktion einer solchen Arznei.

 

Hormone aus Bakterien

„Prinzipiell gibt es zwei Arten von Medikamenten", erklärt die Wissenschaftlerin. „Diejenigen mit kleinen Molekülen, wie etwa die gängigen Mittel gegen Kopfschmerzen – diese kann man chemisch herstellen und man spart sich die mühsame Aufreinigung. Für manche Therapien braucht man aber große, biologische Substanzen wie Hormone oder Wachstumsfaktoren. Diese chemisch zu synthetisieren wäre viel zu aufwendig und kostspielig, deshalb überlässt man das den Mikroorganismen."

Denn die Einzeller, vor allem Hefen und Bakterien, besitzen mit ihren Enzymen von Natur aus vielseitig einsetzbare Werkzeuge, um Biomoleküle herzustellen. Zudem lassen sie sich leicht genetisch verändern, was die Möglichkeiten erheblich erweitert – eines der bekanntesten Beispiele ist menschliches Insulin, das dank Gentransfer von Bakterien hergestellt werden kann. Hat man die Mikroben dazu gebracht, den gewünschten Stoff auszuscheiden, fängt Susanne Schweigers Arbeit erst richtig an: Meist sind die begehrten Moleküle nur in verhältnismäßig geringen Anteilen in einer trüben, stinkenden Brühe gelöst und müssen nun Schritt für Schritt angereichert werden. Dazu wird die Bakterienlösung durch ein längliches Rohr geleitet, der Chromatografiesäule, die bis zum Rand mit winzigen Kugeln, den sogenannten Beads, gefüllt ist. Sie sorgen dafür, dass der Wirkstoff langsamer durch die Säule fließt als die anderen Substanzen in der Lösung – so erhöht sich seine Konzentration beim Austritt.

Das funktioniere – je nachdem, welche Eigenschaften die gesuchte Substanz hat – mit unterschiedlichen physikalischen oder chemischen Tricks, erklärt Schweiger: „Mit positiv geladenen Beads kann man beispielsweise negativ geladene Substanzen aufhalten, alles andere fließt ungehindert durch. Andere Beads halten wasserlösliche oder -unlösliche Stoffe auf, wieder andere können mit Antikörpern bestückt werden, die ganz bestimmte Moleküle aus der Lösung fischen. Das ist das Schöne daran, man kann verschiedenste Eigenschaften des Moleküls angreifen."

 

Produzieren im großen Maßstab

Ihre Begeisterung für dieses Verfahren brachte Schweiger im vergangenen Jahr den Award of Excellence ein, einen Staatspreis des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung, mit dem jährlich die 40 besten Dissertationen Österreichs gewürdigt werden. Die 28-jährige Biotechnologin, die an der FH Krems und der Wiener Boku studierte, konnte im Rahmen eines Projects des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) zeigen, dass Einweg-Chromatografiesäulen in der industriellen Großproduktion erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Edelstahlsäulen haben.

Inzwischen arbeitet sie in einem großen Biotech-Unternehmen und ist für den gesamten Herstellungsprozess eines neuen Medikaments, das auf das Blutplasma wirkt, verantwortlich. Für die Zukunft hat die Wissenschaftlerin ehrgeizige Pläne: „Ich würde gern mehr Innovation in die Pharmaindustrie bringen. Viele Prozesse laufen seit dreißig Jahren gleich, weil es zu teuer wäre, sie zu ändern – hier würde ich langfristig gern versuchen, neue Technologien einzuführen!"

("Die Presse", Print-Ausgabe, 02.02.2019)