Konstante Förderung ohne Pulsationen: Deutscher Pumpenexperte liefert hochpräzise Membranpumpen zur Impfstoffherstellung in kürzester Zeit

Damit Impfstoffe zuverlässig und in ausreichenden Mengen produziert werden können, bedarf es je nach Herstellungsmethode der passenden technischen Ausstattung, wie zum Beispiel hygienisch und präzise arbeitender Pumpen. (Quelle: Gerd Altmann, pixabay) / In order for vaccines to be produced reliably and in sufficient quantities, depending on the production method the appropriate technical equipment, such as hygienic, high-precision pumps, is required. (Source: Gerd Altmann, pixabay)

Um Mischungsfehler zu vermeiden, wurden die Pumpen in der Triplex-Variante ausgeführt, das heißt mit drei Pumpenköpfen je Pumpe und Motor. Dadurch war kein Pulsationsdämpfer notwendig.(Quelle: LEWA GmbH) / To avoid mixing errors, the pumps were designed in the triplex variant, i.e. with three pump heads per pump and motor. This meant that a pulsation damper was not necessary. (Source: LEWA GmbH)

Das Projektteam bestehend aus Herrn Dastig, Herrn Sommer, Herrn Marinoff, Frau Yermolina, Herrn Topousidis und Herrn Graze (v.l.n.r.). (Quelle: LEWA GmbH) / The project team consisting of Mr. Dastig, Mr. Sommer, Mr. Marinoff, Ms. Yermolina, Mr. Topousidis, and Mr. Graze (from left to right). (Source: LEWA GmbH)

Das Projektteam bestehend aus Frau Yermolina, Herrn Dastig, Herrn Sommer, Herrn Marinoff, Herrn Topousidis und Herrn Graze (im Uhrzeigersinn). (Quelle: LEWA GmbH) / The project team consisting of Ms. Yermolina, Mr. Dastig, Mr. Sommer, Mr. Marinoff, Mr. Topousidis, and Mr. Graze (clockwise). (Source: LEWA GmbH)

Zahlreiche Länder weltweit forschen seit Beginn der SARS-CoV-2-Pandemie unter Hochdruck an neuen Impfstoffen gegen das Virus. Auch die italienische Niederlassung eines US-Pharmaunternehmens wird an der Massenproduktion des Vakzins beteiligt sein und bereitet sich darauf vor. Bei der Förderung der eingesetzten Stoffe darf es zu keinen Dosierfehlern oder Schwankungen kommen. Außerdem muss sehr rein und ohne jegliche Verunreinigung dosiert werden. Dafür benötigte das Unternehmen hochpräzise und pulsationsarme Pumpen, die hermetisch dicht arbeiten und nach ATEX-Norm zertifiziert sein müssen. Gleichzeitig war die Zeit für Fertigung und Lieferung der Pumpen sehr knapp bemessen. Hierfür wandte sich der Impfmittelproduzent an die LEWA-Nikkiso Italy S.r.l. als Tochterunternehmen der deutschen LEWA GmbH mit Sitz in Leonberg. Der in internationalen GMP-Standards erfahrene Pumpenexperte fertigt seit über 25 Jahren Spezialpumpen für die pharmazeutische Industrie. Daher konnte mit dem hermetisch dichten Modell Ecodos in der dampfreinigbaren und FDA-konformen Variante in den Größen LEF3 und LEG3 mit Explosionsschutz schnell die passende Lösung gefunden werden. Dank der Kombination von jeweils drei Pumpenköpfen mit einem präzise regelbaren Motor ist eine besonders pulsationsarme Förderung gewährleistet. Die drucksteife Förderkennlinie der eingesetzten Pumpen sorgt für eine gute Reproduzierbarkeit der Fluidmengen insbesondere auch im kritischen, niedrigen Kapazitätsbereich unter 30 Prozent.

Trotz mancherorts zu verzeichnender Erfolge im Kampf gegen das Corona-Virus stehen nach wie vor die Erforschung und der Einsatz geeigneter Impfmittel im Vordergrund. Damit diese auch zuverlässig und in ausreichenden Mengen produziert werden können, bedarf es je nach Herstellungsmethode der passenden technischen Ausstattung, wie zum Beispiel hygienisch und präzise arbeitender Pumpen. Die italienische Niederlassung eines US-Unternehmens plant und unterstützt nun im Verbund mit einem internationalen, großen Pharmakonzern die weitere Massenproduktion eines Impfmittels und benötigte hierfür die entsprechenden Aggregate. Konkret sollten dabei organische Wirkstoffe aus einem Bioreaktor zusammen mit Trägerstoffen wie Heptan und Ethylacetat schonend und sicher für das weitere chromatographische Aufreinigungsverfahren gefördert werden. Die hier zum Einsatz kommenden Pumpen mussten hermetisch dicht sein und andererseits einen konstanten sowie präzise einstellbaren Förderfluss gewährleisten. Zudem war wegen der Verwendung von Lösungsmitteln ein ATEX-konformer Pumpentyp gefragt. Die Gesamtzeit für Fertigung und Lieferung der Aggregate war außerdem sehr knapp bemessen, da der Hersteller möglichst bald mit seiner Produktion des Impfstoffs beginnen wollte.

Angesichts dieser hohen Anforderungen beauftragte das Unternehmen die italienische Tochterfirma der LEWA GmbH als zuverlässigen Kooperationspartner. Der Pumpenexperte ist seit über 25 Jahren in der Pharmabranche tätig und verfügt über umfangreiche Erfahrungen in GMP-Produktionsbereichen (Good Manufacturing Practice) sowie in den speziellen Anforderungen der U.S. Food and Drug Administration (FDA), denen die Pumpen ebenfalls genügen sollten. Als Liefertermin wurde Mitte Dezember 2020 vereinbart.

Pulsationsfreie Förderung durch Mehrkopfsystem

„Bei der Frage, welcher Pumpentyp sich für diese Anwendung am besten eignet, fiel die Entscheidung zugunsten des Modells Ecodos, das seit vielen Jahren erfolgreich von führenden Pharmakonzernen eingesetzt wird“, berichtet Stefano Biolcati von LEWA-Nikkiso Italy S.r.l. „Die hermetisch dichte Pumpe mit vierfacher PTFE-Sandwichmembran und Membranbruchüberwachung ist ein Garant für absolute Fördersicherheit und damit die erste Wahl für Impfmittelproduzenten.“ Um die vom Auftraggeber gewünschte Kombination verschiedener Förderleistungen in Höhe von 3600 l/h sowie 1500 l/h zu erfüllen, konzipierte das Team von LEWA ein Set aus zwei Ecodos-Pumpen der Klasse LEG3 sowie einer Pumpe der Klasse LEF3. Da die eingesetzten Wirkstoffe außerdem möglichst pulsationsfrei gefördert werden müssen, um Mischungsfehler zu vermeiden, wurden die Pumpen in der Triplex-Variante ausgeführt, das heißt mit drei Pumpenköpfen je Pumpe und Motor. Durch diese Konstruktion ist gewährleistet, dass die Pausen-Intervalle bei der Dosierung bezüglich der Längsmischung sehr kurz bleiben. Somit konnte auf zusätzliche Pulsationsdämpfer verzichtet werden, die aufgrund ihrer Bauart bezüglich Rückvermischung wie auch Reinigung problematische Toträume bedeutet hätten.

„Zu berücksichtigen war nun einerseits, dass die Aggregate empfindliche Wirkstoffe für die weitere Aufreinigung im Flüssig-Chromatographie-Verfahren transportieren und andererseits, dass die Trägermittel Heptan und Ethylacetat spezifisch zu beachtende Lösungsmitteleigenschaften haben“, erklärt Biolcati. „Daher musste eine schonende und stabile Förderung auch im niedrigen Kapazitätsbereich gewährleistet sein.“ Die Ecodos-Modelle bieten hier mit einem kleinen NPSHr-Wert ein gutes Ansaugverhalten, sodass auch bei Trägerfluiden mit niedriger Viskosität, wie flüchtigen Lösungsmitteln, keine Kavitationen entstehen. Darüber hinaus werden die aus dem Bioreaktor stammenden organischen Stoffe besonders schonend gefördert, da die Scherwirkung im Pumpvorgang sehr gering ist. Aus diesen wird später der Impfstoff im Chromatographie-Prozessschritt gewonnen.

Weiter Einstellbereich und hohe Präzision

„Eine zusätzliche Anforderung bestand in der Notwendigkeit einer extrem genauen Dosierung über einen großen Kapazitätsbereich“, berichtet Biolcati. „Speziell bei den Ecodos-Pumpen kann hier die Fördermenge mit Hilfe der regelbaren Motoren über die Drehzahl mit einer maximalen Abweichung von +/- 1 Prozent konstant gehalten werden.“ In Kombination mit der drucksteifen Förderkennlinie wird auch bei schwankendem Gegendruck eine präzise und reproduzierbare Fördermenge garantiert. So werden die Fluide auf den Milliliter genau dosiert und darüber hinaus in ausreichenden Mengen für eine umfassende Herstellung von Impfmittel gefördert. Falls später eine Anpassung an die Zusammensetzung des Vakzins notwendig werden sollte oder schlicht ein größeres Volumen an Impfstoff bereitgestellt werden soll, können die benötigten Fluidmengen auf diese Weise problemlos geändert werden.

Nicht zuletzt mussten die Pumpen einen sterilen Herstellungsprozess ermöglichen und den hygienischen Produktionsanforderungen genügen, um Verunreinigungen oder Kontaminationen der Fluide auszuschließen. Die Variante der Ecodos trägt dank ihres kompakten und für die Dampfreinigung optimierten Designs auch den schwierigen Bedingungen im GMP-Umfeld Rechnung.

Lieferung der Pumpen rechtzeitig zum Produktionsstart

Trotz der speziellen Anforderungen an die Pumpen konnte LEWA den Auftrag pünktlich mit der Lieferung an das Pharma-Unternehmen abschließen. „Dank der enormen Leistungsbereitschaft des Teams und dem effizienten Einbezug einzelner, für die Pharmaindustrie zugelassener Standard-Komponenten war es möglich, dieses ambitionierte Ziel zu erreichen“, erklärt Biolcati abschließend. „Wir sind sehr stolz darauf, diesen kleinen Beitrag zur globalen Bekämpfung der Pandemie geleistet zu haben.“ Seit Januar 2021 befinden sich nun die neuen Aggregate erfolgreich und ohne Ausfälle im Einsatz.