5.3 Kostenanalyse hIGF-1
5.3.6 Zusammenfassung - Laufende Kosten
Anhand der einzelnen Faktoren ergeben sich folgende Kosten pro Batch:
Tabelle 41: Laufende Kosten - hIGF-1
Kostenparameter Kosten pro Batch Kosten pro Jahr
Materialien 770 € 36.190 €
Verbrauchsgüter 1.318 € 61.946 €
Lohnkosten 3.586 € 168.542 €
QK 538 € 25.286 €
Anlagespezifisch 833 € 39.151-€
Gesamt 7.045 € 331.115€
Die anteilige Verteilung der laufenden Kosten des Prozesses kann in Abbildung 31 eingesehen werden:
Abbildung 31: Kostenverteilung - hIGF-1 [5]
6 Prozessanalyse – Periplasmatisch
Bei der Produktion einiger Therapeutika müssen innerhalb der Zelle Bedingungen geschaffen werden, die zu einer uneingeschränkten Produktbildung führen. Im Fall der Antikörperbildung werden Disulfidbrücken gebildet, die durch die reduzierenden Bedingungen im Periplasma entstehen können. Im Wesentlichen unterscheiden sich die Aufreinigungsprozesse nicht von cytoplasmatischen Prozessen, da nach der Homogenisation das Protein ebenfalls gelöst vorliegt [118]. Ein weiterer Ansatz ist das Lösen der äußeren Zellschicht. Dadurch kann das Protein von der Zelle ohne Freisetzung von HCPs getrennt werden. Dieses Lösen kann beispielsweise mittels osmotischen Schock während oder nach der Fermentation erfolgen [119].
Bei den produzierten Antikörpern handelt es sich um Antikörperfragmente (FAbs), die aus einer heavy chain und einer light chain bestehen. Neben den gelösten periplasmatischen Proteinen können diese auch als Inclusion Bodies vorliegen. Die Aufreinigung dieser Antikörper erfolgt jedoch ebenfalls nach einem ähnlichen Prinzip, wie bereits beim hIGF-1 beschrieben [120].
6.1 Analyse bestehender Prozesse 6.1.1 Ranibizumab
Ranibizumab ist ein Therapeutikum mit einem kalkulierten isoelektrischen Punkt von 9 (Aminosäuresequenzen der light und heavy chains), welches zur Behandlung von altersbedingten Makuladegeneration (AMD) und reduzierter Sehschärfe verwendet wird. Das Antikörperfragment hemmt den Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), welcher durch Überexpression AMD verursacht [121]–[123]. Die Analyse aus Patenten und veröffentlichten Versuchen ergeben folgende Aufreinigungsprozess-Szenarien:
Tabelle 42: Aufreinigungsprozesse Ranibizumab
Veröffentlichung Prozess
Patent 1 [124] Heat treatment > Zentrifugation > Säurebehandlung >
Zentrifugation > Membranfiltration > CEX
Webartikel [125] Zentrifugation >Homogenisation > Tangential flow Filtration >
CEX > HIC > AEX
Patent 2 [126] Refolding > UF/DF > AEX > CEX > UF/DF > Membranfiltration Patent 3 [127]
Mixen > Zentrifugation > Membranfiltration >
Hydroxylapatitchromatographie > HIC > Dialyse >
Affinitätschromatographie
Patent 4 [128] Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation >
Hitzebehandlung > Flockulation > CEX > HIC Repräsentativer
Produktionsprozess
Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation >
Hitzebehandlung > Flockulation > CEX > HIC
6.1.2 Certolizumab pegol
Certolizumab ist ein Antikörperfragment mit einer hohen Affinität zu TNFα, was zur Behandlung von rheumatoider Arthritis angewendet wird [129]. Seit Oktober 2009 ist es unter dem Cimzia® der Firma UCB Pharma in Deutschland zugelassen [1]. Der isoelektrische Punkt liegt bei 8,1 [123], [130]. Die Analyse aus Patenten und veröffentlichten Versuchen ergeben folgende Aufreinigungsprozess-Szenarien:
Tabelle 43: Aufreinigungsprozesse Certolizumab pegol
Veröffentlichung Prozess
Paper 1 [131] Zentrifugation > Osmotischer Schock > Zentrifugation > IMAC Patent 1 [132] Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation > UF >
Affinitätschromatographie
Patent 2 [133] Zentrifugation > Dialyse > Zentrifugation > CEX Paper 2 [134] Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation > CEX Paper 3 [135] Beginnend ab Chromatographie: CEX> AEX >
Affinitätschromatographie Repräsentativer
Produktionsprozess
Zentrifugation > Osmotischer Schock > Zentrifugation > CEX >
AEX > Affinitätschromatographie
6.1.3 Einzeldomänenantikörper
Unter Einzeldomänenantikörper, welche auch Nanokörper genannt werden, sind therapeutische Antikörperfragmente. Sie unterscheiden sich von der Struktur her von herkömmlichen Antikörpern, beispielsweise durch direkte Verknüpfung der variablen Domänen mit der heavy chain [136]. Die Analyse aus Patenten und veröffentlichten Versuchen ergeben folgende Aufreinigungsprozess-Szenarien:
Tabelle 44: Aufreinigungsprozesse Einzeldomänenantikörper
Veröffentlichung Prozess
Paper 1 [137]
Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation (5.000 g)>
Zentrifugation (20.000 g) > Membranfiltration >
Affinitätschromatographie > IMAC > SEC Paper 2 [138] Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation >
Nickel-Affinitätschromatographie > Dialyse
Paper 3 [139] Zentrifugation > Chemischer Aufschluss > Zentrifugation >
Nickel-Affinitätschromatographie > Dialyse Patent 1 [140] Zentrifugation > Heat treatment > Zentrifugation >
Membranfiltration > CEX > UF/DF > AEX Paper 4[141] Zentrifugation > Chemischer Aufschluss > Dialyse >
Nickel-Affinitätschromatographie > Dialyse Repräsentativer
Produktionsprozess
Zentrifugation > Chemischer Aufschluss > Zentrifugation >
Nickel-Affinitätschromatographie > Dialyse
6.1.4 Human Growth Hormone
Die Anwendung von Somatropin wurde bereits in Kapitel 5.1.3 erläutert. Da es jedoch nicht nur als Inclusion Body vorliegend, sondern auch periplasmatisch aus E. coli exprimiert werden kann, wird es bei der Prozessevaluierung der periplasmatischen Aufreinigungsprozesse ebenfalls berücksichtigt [142]. Die Analyse aus Patenten und veröffentlichten Versuchen ergeben folgende Aufreinigungsprozess-Szenarien:
Tabelle 45: Aufreinigungsprozesse Human Growth Hormone periplasmatisch
Veröffentlichung Prozess
Paper 1 [142] Zentrifugation > Osmotischer Schock > Zentrifugation > Dialyse >
Membranfiltration > Nickel-Affinitätschromatographie Patent 1 [143] Zentrifugation > Osmotischer Schock > übliche
Chromatographieschritte
Paper 2 [119] Osmotischer Schock > Zentrifugation > SEC > AEX schwach >
AEX stark
Patent 2 [144] Zentrifugation > Osmotischer Schock > Zentrifugation > AEX >
Affinitätschromatographie
Patent 3 [145] Zentrifugation > Ureabehandlung > Zentrifugation > UF/DF >
AEX > HIC > UF/DF > Pegylierung > AEX > UF/DF Repräsentativer
Produktionsprozess
Osmotischer Schock > Zentrifugation > SEC > AEX schwach >
AEX stark
6.1.5 Cystatin C
Cystatin C wird verwendet, um die Funktionalität der Nieren zu überprüfen. Es ist kein gelistetes Therapeutikum aus der Marktanalyse (Tabelle 3), kann jedoch periplasmatisch aus E.
coli exprimiert werden [146]. Der isoelektrische Punkt liegt bei 9,3 [147]. Die Analyse aus veröffentlichten Versuchen ergeben folgende Aufreinigungsprozess-Szenarien:
Tabelle 46: Aufreinigungsprozesse Cystatin C
Veröffentlichung Prozess
Paper 1 [148] Zentrifugation > Homogenisation > Zentrifugation >
Membranfiltration > CEX > UF > SEC Paper 2 [149]
Zentrifugation > Homogenisation > Membranfiltration >
Nickel-Affinitätschromatographie > Proteasenbehandlung >
IMAC > SEC
Paper 3 [150] Osmotischer Schock > Zentrifugation > AEX > SEC >
Ultrafiltration
Paper 4 [151] Aufschlussmethoden des Periplasmas: Osmotischer Schock, Chloroform, Sonication, Guanidin
Buch [152, S. 154] Osmotischer Schock > AEX schwach > SEC > AEX stark Repräsentativer
Produktionsprozess
Osmotischer Schock > Zentrifugation > AEX > SEC >
Ultrafiltration
6.1.6 Prozessdefinition
Der repräsentative Prozess soll anhand der in 6.1 analysierten Prozesse und der erforderlichen Aufreinigungsanforderungen von E. coli definiert werden. Aufgrund der verschiedenen Zellaufschluss-Ansätze unterscheiden sich die darauffolgenden Prozessschritte. Da im Rahmen der FGF-2 Aufreinigung, welche bereits vom Fachbereich Bioengineering der FH Campus Wien durchgeführt worden ist, ein Prozess mit gelösten Produkt als Referenz verfügbar ist, kann dieser Prozess als Grundlage für die periplasmatische Evaluierung ebenfalls verwendet werden. Aufgrund der großen Übereinstimmung der Prozessschritte wird als Plattform-Therapeutikum eines der umsatzstärksten FAbs analysiert, das Ranibizumab.
6.2 Downstream Analyse – Ranibizumab aus E. coli
Um Ranibizumab biopharmazeutisch herzustellen, können E. coli Zellen als Host verwendet werden. Hierfür gibt es mehrere Ansatzmöglichkeiten, um die Antikörper zu exprimieren. Eine Möglichkeit ist die periplasmatische Exprimierung als Inclusion Bodies. Bei diesem Ansatz liegen die heavy chain und die light chain jedoch noch getrennt voneinander vor und müssen im Prozessverlauf miteinander verknüpft werden [153]. Da dieser Prozess allerdings von der Prozessabfolge dem hIGF-1 Prozess ähnelt, welcher noch nicht auf eigenen Ergebnissen zurückgeht, wird ein cytoplasmatischer Ranibizumab Prozess evaluiert. Mit einer geplanten Produktkonzentration von 50 mg/L, basierend auf eine theoretische Maximalausbeute von
Zentrifugation mit Tellerseparator
Umpuffern mit Aufschlusspuffer
Zentrifugation mit Tellerseparator
Homogenisation mit Hochdruckhomogenisator
Zentrifugation mit Tellerseparator
Filtration mit ZetaPlus90ZB08A™ (2300cm² Filterfläche)
Filtration mit ZetaPlus120ZB08A™ (2300cm² Filterfläche)
Filtration mit Emphaze EMP710AEX020A™ (2300cm² Filterfläche)
CEX-Chromatographie (Poros HS50 Gel) mit 2,5 Liter Säulenvolumen
Da ein ähnlicher Prozess mit dem Protein FGF-2 im simulierten Maßstab bereits durchgeführt wurde, werden die Ausbeuten der einzelnen Prozessschritte übernommen, auch wenn diese nicht vollständig übereinstimmen. Da es sich jedoch um eine Prozessreferenz handelt, bei der die einzelnen Parameter an die jeweilig benötigten Prozesse angepasst werden können, wird die bestehende Referenz an diese Prozessabfolge angepasst.
Nach der 30 L Fermentation wird das Volumen mittels Zentrifugation um ca. 90 % reduziert, bei einer Produktausbeute von 100 % [114]. Die resultierende Feststofffraktion mit einer Masse von drei kg wird mit Aufschlusspuffer auf ein Volumen von 30 Liter mit Aufschlusspuffer verdünnt. Nachdem das Umpuffern unter rührenden Bedingungen über Nacht durchgeführt wird, kann im Anschluss ein weiterer Zentrifugationsschritt durchgeführt werden, wobei erneut die Feststofffraktion erhalten bleibt. Nachdem mit Aufschlusspuffer wie zuvor auf ein Volumen von 30 Liter verdünnt wird. Die darauffolgenden Prozessparameter, sowie die Pufferzusammensetzung des Aufschlusspuffers und Ausbeuten können aus 4.2 übernommen werden. Der Aufreinigungsprozess wird in Abbildung 32 dargestellt.
Abbildung 32: SuperPro Prozess – Ranibizumab [5]
6.3 Kostenanalyse - Ranibizumab
Die Kostenanalyse ist ähnlich strukturiert, wie die bereits simulierten Prozesse. Aus Gründern der Überschaubarkeit werden die gesamten einzelnen Parameter aufgelistet. Ein Großteil der Parameter ist identisch mit den FGF-2 Prozessdaten, jedoch nicht in ihrer Gesamtheit.
6.3.1 Equipmentkosten
Die Equipmentkosten unterscheiden sich vom FGF-2 Prozess lediglich im Volumen des Aufschlusspuffertanks (s. Tabelle 47). Aufgrund des zusätzlichen Verdünnungsschrittes werden zusätzliche 27 L Aufschlusspuffer benötigt, die in den zuvor definierten 50 L Lagertank nicht mit einem Medienbereitungsschritt integriert hätten werden können. Der Tellerseparator, welcher durch den zusätzlichen Zentrifugationsschritt benötigt wird, muss durch einen weiteren Reinigungsschritt erst bereitgestellt werden, da davon ausgegangen wird, dass dieselbe Apparatur, wie bereits in 4.3 erläutert, verwendet wird. Durch den zusätzlich benötigten Lagertank wird die Anzahl der insgesamt benötigten Tanks nicht erhöht, weil ein bereits vorhandener Tank bereitgestellt werden kann. Dadurch verschieben sich jedoch die Nutzungszeiten der einzelnen Tanks, da man innerhalb des Prozesses abwechselnd von Lagertank 1 in Lagertank 2 umfüllt. Dies hat allerdings keinen Einfluss auf die Dimensionierung der Apparaturkosten.
Tabelle 47: Apparaturkosten Ranibizumab
Apparatur Kapazität Anschaffungskosten
Zentrifuge 30 L/h 80.000 € [74]
Homogenisator 10 L/h 18.500 € [74]
Filterhalter 3 Filter 14.318 €[30]
FPLC+Säule 2,5 L 158.000 € + 17.000 [74]
Lagertank 1 50 L 1.000 € [73]
Lagertank 2 50 L 1.000 € [73]
Puffertank 1 10 L 100 € [73]
Puffertank 2 70 L 1.400 € [73]
Puffertank 3* 100 L 2.000 € [73]
Autoklav 130 L 3.375 € [73] (25 % von 13.500 €)
*Unterschied zum cytoplasmatischen Prozess
Die gesamten Equipmentkosten betragen 296.693 €, die über einen Zeitraum von 10 Jahren linear abgeschrieben werden.
6.3.2 Materialien
Basierend auf den Prozessparametern wurden im SuperPro Designer-Prozess folgende Puffer skaliert:
Aufschlusspuffer 88,23 L
IEX-Puffer-A 54,86 L
IEX-Puffer-B 24,94 L
20 % Ethanol 7,48 L
Da keine Pufferreferenzen zugänglich sind, müssen die Puffer aus den vorherigen Prozessen erneut evaluiert werden. Bei der Auswahl des Aufschlusspuffers wird jener aus dem FGF-2 Prozess verwendet. Dies ist damit begründet, dass mit diesem Puffer im Gegensatz zum hIGF-1 Puffer bereits hantiert wurde und keine weiteren Referenzen für die Pufferzusammenstellung dieses Prozesses zur Verfügung stehen. Die Formulierung des hIGF-1 Puffers ist könnte ebenfalls verwendet werden, falls Produkteinbußen aufgrund des Puffers auftreten.
Aufschlusspuffer
RO-Wasser mit 50 mM Tris-HCl und 100 mM NaCl Kosten der einzelnen Bestandteile:
Tabelle 48: Kosten Aufschlusspuffer - Ranibizumab Bestandteil Kosten pro kg
bzw. L Konzentration Kosten/L Puffer
Tris-HCl 163 €/kg [74] 50 mM 1,28 €
NaCl 6,12 €/kg [74] 100 mM 0,04 €
RO-Wasser 1,11 €/L [74] - 1,11 €
Bezogen auf einen Liter Puffer betragen die Medienkosten 2,43 €/L.
Bezogen auf 88,23 L betragen die gesamten Pufferkosten 214,40 €/Batch.
Chrom-Puffer-A
RO-Wasser mit 50 mM Tris-HCl und 100 mM NaCl Kosten der einzelnen Bestandteile:
Die Kosten der einzelnen Bestandteile sind identisch mit jenen aus Tabelle 48 Bezogen auf einen Liter Puffer betragen die Medienkosten 2,43 €/L.
Bezogen auf 54,86 L betragen die gesamten Pufferkosten 133,31 €/Batch.
Chrom-Puffer-B
RO-Wasser mit 50 mM Tris-HCl und 100 mM NaCl Kosten der einzelnen Bestandteile:
Tabelle 49: Kosten Chrom.-Puffer-B - Ranibizumab Bestandteil Kosten pro kg
bzw. L Konzentration Kosten/L Puffer
Tris-HCl 163 €/kg [74] 50 mM 1,28 €
NaCl 6,12 €/kg [74] 1 M 0,35 €
RO-Wasser 1,11 €/L [74] - 1,11 €
Bezogen auf einen Liter Puffer betragen die Medienkosten 2,74 €/L.
Bezogen auf 24,94 L betragen die gesamten Pufferkosten 68,34 €/Batch.
Die Kosten für ein Liter 20 % Ethanol betragen 4,27 €/L [74].
Zur Reinigung werden insgesamt ca. 102 L RO-Wasser angenommen. Die Kosten hierfür betragen ca. 113 €.
Insgesamt betragen die laufenden Materialkosten 561 € pro Batch.
6.3.3 Verbrauchsgüter
Neben den Materialien werden folgende Verbrauchsgüter benötigt, welche direkt mit der Produktion in Verbindung stehen:
ZetaPlus90ZB08A™ (2300cm² Filterfläche) [30]
ZetaPlus120ZB08A™ (2300cm² Filterfläche) [30]
Emphaze EMP710AEX020A™ (2300cm² Filterfläche) [30]
2 x Manifolds für Filterverbindungen [30]
1 x 2,5 L Säulenmaterial CEX-Filter Poros HS50
Die Verbrauchsgüter-Kosten werden durch folgende Parameter beeinflusst:
Tabelle 50: Verbrauchsgüter-Kosten – Ranibizumab
Verbrauchsmaterial Quantität/Batch Nutzungsdauer Kosten/
Stk bzw. L
Bei 47 Batches pro Jahr betragen die Verbrauchsgüterkosten pro Batch insgesamt 2.798 €.
6.3.4 Personalkosten
Die Personalkosten werden, ähnlich wie beim FGF-2 Prozess, so ausgelegt, dass der Prozess von zwei ausführenden Arbeitskräften innerhalb einer Woche absolviert werden kann.
Aufgrund des zusätzlichen Prozessschrittes dauert die gesamte Aufreinigung fünf Tage pro Batch (s. Abbildung 33). Diese können allerdings nicht mit den verfügbaren Kapazitäten auf vier Tage reduziert werden, da man bei Prozessschritten, wie Homogenisation einen
ununterbrochenen Workflow benötigt, um diese ordnungsgemäß durchzuführen. Im direkten Anschluss an die erste und die dritte Zentrifugation bestehen Zeitfenster von jeweils ca. vier Stunden, bei denen man Engpässe für andere Prozesse ausgleichen kann.
Abbildung 33: Personalbedarf Einschichtbetrieb Ranibizumab [5]
Die gesamten Lohnkosten pro Batch betragen 4.169 €.
Die QK-Kosten pro Batch betragen 625 €.
6.3.5 Anlagespezifische Kosten
Die laufenden anlagespezifischen Kosten werden auf Grundlage der Equipmentkosten in Höhe von 296.693 € berechnet. Die in Abbildung 18 dargestellten Parameter werden hierbei ebenfalls verwendet. Hieraus ergeben sich anlagespezifische Kosten von 883 € pro Batch.
6.3.6 Zusammenfassung – Laufende Kosten
Fasst man die in 6.3.2 bis 6.3.5 ermittelten Kostenfaktoren zusammen, ergeben sich folgende laufende Gesamtkosten:
Tabelle 51: Laufende Kosten - Ranibizumab
Kostenparameter Kosten pro Batch Kosten pro Jahr
Materialien 561 € 26.367 €
Verbrauchsgüter 2.797 € 131.459 €
Lohnkosten 4.169 € 195.943 €
QK 625 € 29.375 €
Anlagespezifisch 883 € 41.501 €
Gesamt 9.035 € 424.645 €
Abbildung 34: Kostenverteilung – Ranibizumab [5]
Der Fokus der Kostenverteilung liegt erneut auf den Lohnkosten. Die Methoden zur Umstrukturierung Kostenverteilung wurden bereits in den Kapiteln 4.3.6 und 5.3.6 erläutert.
7 Zusammenfassung und Diskussion
Zunächst wurden sämtliche in Deutschland zugelassene Arzneimittel aufgelistet und anhand ihrer Umsatzzahlen in den Jahren 2014 und 2015 miteinander verglichen, um die einzelnen Therapeutika einzustufen (s. Tabelle 3). Mithilfe der Einstufung wurden anschließend die einzelnen Wirkstoffe anhand ihrer Aufreinigungsprozesse aufgeteilt, damit für cytoplasmatische, periplasmatische und Inclusion Body-Prozesse je fünf marktpräsente Wirkstoffe als Referenz vorhanden sind. Von jedem der analysierten Wirkstoffe wurden je fünf Veröffentlichungen anhand ihrer Aufreinigungsschritte analysiert und aufgelistet. Die gelisteten Prozesse dienten als Anhaltspunkt für die finale Bestimmung der Plattformprozesse mit der Evaluierungssoftware SuperPro Designer.
Neben den einzelnen Prozessen wurden zudem die benötigten Parameter der E. coli Aufreinigung beachtet. Der wesentliche Fokus bei der E. coli Aufreinigung ist das Entfernen von HCPs, Endotoxinen, sowie der restlichen Zellbestandteile. Die definierten Prozesse sollen sowohl minimierte Kosten als auch eine hohe Produktreinheit gewährleisten [9], [19]. Die Prozesssimulation der cytoplasmatischen Aufreinigung wurde in insgesamt vier Szenarien unterteilt, die je im 30 Liter Maßstab, als auch im 15 m² Maßstab die Vorgehensweise der wirtschaftlichen Evaluierung aufgezeigt hat. Der jeweilige Schwerpunkt wurde hierbei auf den Vergleich von Hybrid-Filtrationen mit konventionellen AEX-Chromatographieschritten gelegt.
Die Verlegung des Kostenschwerpunktes von Investitionskosten auf Verbrauchsgüterkosten kann hierbei eine deutliche Reduktion der gesamten Prozesskosten für einen definierten Zeitraum bewirken [7]. Neben der Wirtschaftlichkeit muss außerdem die Produktreinheit für jeden Batch gewährleistet werden. Aufgrund von Single-Use Gütern können Kosten für validierte Reinigungsmaßnahmen eingespart werden, da diese Güter nach jedem Batch durch neue Single-Use Güter ersetzt werden [22]. Bei der Simulierung der industriellen Prozess-Szenarien konnte zudem festgestellt werden, dass die Lohnkosten und die Materialkosten durch die Nutzung von Hybrid-Filtern deutlich niedriger sind, als bei der Nutzung einer AEX-Chromatographie (s. Tabelle 27). Dies ist mit der reduzierten Prozesszeit zu begründen, da bei einer Filtration eine wesentlich geringere Anzahl an Mannstunden benötigt wird, um den Prozessschritt durchzuführen (s. Tabelle 23).
Bei der Evaluierung der FGF-2 Szenarien im 30 L Maßstab konnte festgestellt werden, dass anhand der verglichenen Prozessschritte 7,3 Jahre benötigt werden, damit der konventionelle
Der Vergleich im industriellen Maßstab zeigt, dass 17,3 Jahre benötigt werden, bis die Gesamtkosten der Hybrid-Filtration jene der konventionellen AEX-Chromatographie übersteigen (s. Abbildung 25).
Neben den laufenden Kosten wurden zudem auch die jährlichen Cashflows miteinander verglichen. Bei dieser Analyse wurde eine Fremdfinanzierung von 70 % zum Zeitpunkt für die Investitionskosten angenommen. Durch die Fremdfinanzierung konnte dargestellt werden, dass die negativen Cashflows der Hybrid-Filtrationsprozesse während der Schuldentilgung geringer sind, als bei den AEX-Chromatographie-Szenarien.
Für die Prozessevaluierungen wurden für die laufenden Kosten die Parameter Materialkosten, Lohnkosten, QK-Kosten, anlagespezifische Kosten und Kosten aus Verbrauchsgüter in den Prozess integriert. Da für eine präzise Greenfield-Analyse sämtliche Parameter passend dimensioniert werden müssen, sollten die Prozesse auf die relevantesten Parameter beschränkt werden. Zwar sind weitere Parameter, wie Transportkosten oder auch Energiekosten ein wesentlicher Bestandteil der Evaluierung, jedoch sind die detaillierten Informationen zu diesen Parametern nicht oder nur schwer erhältlich. Eine Vielzahl von Prozessparametern hätte darüber hinaus angenommen werden müssen. Falsche Annahmen können zu einem verfälschten Ergebnis bei der Evaluierung führen, weshalb die Anzahl angenommener Faktoren minimiert wurde (s. Abbildung 2).
Nachdem die Plattformprozesse in SuperPro Designer simuliert wurden, können sowohl die laufenden, als auch die Investitionskosten miteinander verglichen werden (s. Tabelle 52).
Tabelle 52: Kostenvergleich der Prozesse
Prozess Apparaturkosten Laufende Kosten pro g Produkt
Obwohl der Aufreinigungsprozess der IB-Proteine die meisten Prozessschritte beinhaltet, sind die laufenden Kosten pro Batch für dieses Szenario am geringsten. Dies ist damit zu begründen, dass die Verbrauchsgüterkosten bei der Hybrid-Filtration geringer sind als bei den anderen Plattformprozessen, da aufgrund des geringerem Gesamtvolumens bei der Filtration kleinere und billigere Filtermodelle verwendet werden können (s Tabelle 12, Tabelle 40, Tabelle 50).
Es ist festzustellen, dass sowohl in den Apparaturkosten, als auch in den laufenden Kosten pro g Protein der IB-Prozess am günstigsten ist. Dies hängt vor allem mit den Ausbeuten zusammen, die bei jedem Prozessschritt der IB-Aufreinigung erzielt wurden. Der hIGF-1 Prozess basiert auf Daten aus veröffentlichten Versuchen, deren Prozessbedingungen optimiert wurden, damit die größtmögliche Produktausbeute erreicht werden kann. Bei der Reproduktion dieser Versuche sind die die tatsächlichen Ausbeuten geringer als die zunächst erwarteten Ergebnisse.
Die Ergebnisse können demnach erst repräsentativ miteinander verglichen werden, wenn für sämtliche Szenarien ein optimierter Aufreinigungsprozess in derselben Anlage praktisch durchgeführt wurde [73].
Die Kosten pro g Protein sind außerdem von der Ausbeute aus dem Upstream-Processing abhängig. Vergleicht man zwei identische Prozess-Szenarien im 30 L Maßstab, bei dem ein Szenario eine absolute Produktmenge von 100 g am Ende der Fermentation aufweist und ein weiteres Szenario eine absolute Produktmenge von 50 g, kann anhand der Produktausbeuten im DSP (s. Tabelle 53) im zweiten Szenario lediglich die Hälfte der absoluten Produktmenge aus dem ersten Szenario erreicht werden. Demnach sind die Kosten pro g Produkt im zweiten Szenario doppelt so hoch, wie im ersten Szenario.
Die absoluten Produktmengen der Modellproteine, sowie die totale Produktausbeute im DSP werden in Tabelle 53 dargestellt.
Tabelle 53: Produktausbeuten
Bei allen Prozessen im 30 L Maßstab können die Lohnkosten als Schwerpunkt der laufenden Kosten identifiziert werden (s. Tabelle 13, Tabelle 41, Tabelle 51). Anhand der Simulationen im 15 m² Maßstab kann festgestellt werden, dass dieser Schwerpunkt bei erhöhtem Produktionsvolumen im Verhältnis zu den sonstigen Kostenfaktoren reduziert wird (s. Tabelle 27).
8 Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Prozesse simuliert, die eine größtmögliche Repräsentanz für die breite Produktpalette aus E. coli darstellen soll. Um die tatsächliche Ausführbarkeit zu verifizieren, sollten in Zukunft die dargestellten Prozesse in der Praxis vollständig reproduziert werden, damit die tatsächlich auftretenden Massebilanzen als Referenzen verwendet werden können. Bei der Prozessanalyse der cytoplasmatischen Aufreinigung wurde diese bereits größtenteils durchgeführt. Für zukünftige Forschungen sollten diese Prozesse weiter optimiert werden, um größere Produktausbeuten zu erreichen. Außerdem können die einzelnen Verkaufspreise der erzielten Produkte in die Software implementiert werden, damit eine Break-Even-Analyse durchgeführt werden kann. Der Zeitplan der Prozesse ist ebenfalls modifizierbar, sodass der Einschichtbetrieb zweier Mitarbeiter auf einen Dreischichtbetrieb mit einer erhöhten Anzahl an Arbeitskräften abgeändert werden kann. Dementsprechend können Apparaturstaffelungen für einen größeren jährlichen Produktabsatz simuliert werden. Des Weiteren können für sämtliche Plattformprozesse weitere Szenarien erstellt werden, die durch Substitution eines einzelnen Prozessschrittes die wirtschaftlichen Auswirkungen simulieren.
Für spezielle Anforderungen können die simulierten Aufreinigungsprozesse als Referenz verwendet werden.
Anhang
Anhang 2: Gantt-Chart - FGF-2
Anhang 3: Cashflow FGF-2
Anhang 4: SuperPro Prozess FGF-2 AEX 30 L
Anhang 5: Cashflow FGF-2 AEX 30 L
Anhang 6: SuperPro Prozess FGF-2 Hybrid-Filtration 15 m² Maßstab
Anhang 7: Cashflow FGF-2 Hybrid Filtration 15 m² Maßstab
Anhang 8: SuperPro Prozess FGF-2AEX 15 m² Maßstab
Anhang 9: Cashflow FGF-2 AEX 15 ² Maßstab