Warum Sartorius Additive Manufacturing zur Herstellung biokompatibler Komponenten wählt

Seit mehr als 150 Jahren liefert die Sartorius AG Produkte für die biopharmazeutische Industrie. In dieser Zeit hat sich ihr Angebot von Messwaagen zu High-End-Bioreaktoren und anderen Geräten, Verbrauchsmaterialien und Dienstleistungen, die für die Produktion von Biologika erforderlich sind, verlagert.

"Biologika sind Impfstoffe, große Moleküle, die nicht auf herkömmliche Weise durch chemische Reaktionen hergestellt werden", erklärt Lukas Raddatz, Manager of Additive Manufacturing Innovation and Implementation bei Sartorius. "Aspirin zum Beispiel ist eine chemisch hergestellte Verbindung in Tablettenform. Aber unsere Kunden verwenden biologische Verbindungen wie Zellen oder Enzyme, um Medikamente herzustellen.

Diese Klassifizierung macht die Biokompatibilität zu einem wesentlichen Merkmal jedes von Sartorius hergestellten Bauteils - etwas, das nur wenige additiv gefertigte Materialien besitzen. Das Problem besteht jedoch darin, genau zu definieren, was das bedeutet. Für Sartorius unterscheidet sich deren Verständnis des Begriffs oft stark von dem der Lieferanten.

"Die Lieferanten erzählen uns von einem tollen Material - es ist lebensmittelecht und biokompatibel. Aber wenn wir sie fragen, ist die Antwort oft, dass es einen antibakteriellen Wirkstoff enthält", sagt Jeremy Pullin, Leiter der Additiven Fertigung bei Sartorius. "Und das ist für einige Anwendungen großartig, aber in einem Bioreaktor, in dem man Bakterien von hohem Wert züchtet, funktioniert das nicht wirklich. Hinter diesen Zertifizierungen verbergen sich oft Wissenslücken, die wir unbedingt selbst füllen müssen."

Das macht die Vorschriften für die Industrie verständlicherweise sehr streng. Materialien, Zulieferer und Produktionsprozesse werden vor ihrer Einführung strengen Tests unterzogen, insbesondere bei den von Materialise hergestellten Teilen. Die Erfüllung der wichtigsten Anforderungen in Bezug auf Biokompatibilität und Rückverfolgbarkeit ist unerlässlich.

Es ist dieses Engagement, das Sartorius in der Branche so viel Respekt eingebracht hat. Heute zählen sie einige der größten Pharmaunternehmen der Welt zu ihren Kunden. Dieser Ruf bringt Verantwortung mit sich. Jeremy sagt: "Wenn im Bereich der Medikamentenherstellung etwas schief geht, ist dies ein großes Problem. Die Folgen sind viel schwerwiegender".

"Verglichen mit der Luft- und Raumfahrt und der Automobilbranche ist die Biotech-Branche in Bezug auf AM definitiv ein Nachzügler", sagt Jeremy. "Aber von der Herausforderung her, was die Größenordnung und die rechtlichen Anforderungen angeht, sind sie definitiv gleichauf.

Die Schwierigkeit, AM in diesem speziellen Bereich der Medizintechnik einzuführen, hat jedoch wenig mit den Fähigkeiten der Technologie selbst zu tun. Das Streben nach Sicherheit und Wiederholbarkeit hat die Umsetzung des Wandels zu einem langsamen Prozess gemacht.

"Generell ist die biopharmazeutische Industrie durch die Einschaltung von Zulassungsbehörden wie der FDA oder der EMA sehr streng reguliert. Diese Behörden bewerten nicht nur die Sicherheit und Wirksamkeit des Endprodukts, sondern nehmen auch den gesamten Produktionsprozess und die daran vorgenommenen Änderungen genau unter die Lupe", erklärt Lukas. "Deshalb ist die Einführung neuer Materialien oder Fertigungsstrategien zeitaufwändig."

Die Entscheidung für den Einsatz der additiven Fertigung wurde daher nicht leichtfertig getroffen. Dafür sorgte die Additive Manufacturing Group von Sartorius. Die 2017 gegründete AM-Gruppe koexistiert mit anderen Abteilungen, die sich mit Technologien wie dem Spritzgießen befassen, und bietet Beratung darüber, wann und wie man AM optimal nutzen kann.

"Wir setzen AM nur dann ein, wenn und wo es sinnvoll ist, niemals nur um der Sache willen", sagt Lukas. "Das versetzt uns in die Lage, dass die Leute wissen, dass wir das empfehlen, was für das Produkt und das Projekt und auf lange Sicht für den Kunden und den Patienten am besten ist."

Jeremy stimmt schnell zu.

"Als technologieunabhängiges Unternehmen werden wir die Optionen immer gegeneinander abwägen. Einer der wichtigsten Gründe, sich für AM zu entscheiden, ist die Zeit. Wir stehen zum Beispiel kurz vor einer Produkteinführung und müssen ein Teil schneller entwickeln, als es mit herkömmlichen Technologien möglich wäre.

"Der andere häufigste Treiber ist der Mehrwert - wo kann AM einen Mehrwert schaffen? Bei einem unserer Teile, dem Spektroskopieanschluss, gab es eine besonders schwierige Geometrie. Die Funktion des Teils und die Geometrie, die zur Erfüllung dieser Funktion erforderlich ist, passten wirklich gut."

In Anbetracht der Beschaffenheit ihrer Branche muss das Sartorius Team Teile und Prozesse nach Normen wie ISO 9001 herstellen. Nach einem Audit der Anlage und einem Treffen mit dem Team war Sartorius davon überzeugt, dass der zertifizierte Herstellungsprozess von Materialise die Erfüllung dieser Anforderungen und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse garantiert. Jedes Teil, das sie von Materialise beziehen, wird nach diesem strengen Verfahren hergestellt, so dass jeder Schritt nachvollziehbar ist.

Aber das ist nur der Anfang. Für Jeremy und sein Team war es wichtig, über die Zahlen hinauszublicken.

"Natürlich verlangt unsere Branche ein hohes Maß an Rückverfolgbarkeit und die Gewissheit, dass jeder Schritt des Prozesses kontrolliert wird und zertifiziert ist. Aber für uns geht es nicht nur um die Zahlen auf den Standards, sondern auch um die Umwelt, die Sauberkeit der Einrichtung und die Einstellung", erklärt er. "Zum Beispiel, wie Beschwerden behandelt werden. Einige Lieferanten werden einfach sagen: "Nun, so kommt es aus der Maschine", während Materialise sagen wird: "Oh, das funktioniert bei Ihnen nicht. Was können wir tun, um sie zu verbessern?"

Ähnliche Einschränkungen gelten für die Materialien, die sie für jedes gedruckte Teil verwenden können; jede Wahl hängt von der Anwendung des Teils und den sich daraus ergebenden Anforderungen ab. Diese Entscheidung wird nach einem strengen Validierungsprozess getroffen, den Jeremy und sein Team selbst in die Hand nehmen. Schließlich können die Folgen der Verwendung des falschen Materials schwerwiegend und sehr teuer sein.

In diesem Fall wurde die Entscheidung getroffen, die meisten Einwegkomponenten von Sartorius in PA 12 zu produzieren. Obwohl es eines der beliebtesten Materialien für Standard-3D-Druckanwendungen ist, war die Entscheidung für dieses Material alles andere als eine ausgemachte Sache.

"Bei Sartorius haben wir strenge Richtlinien, die uns sagen, was, wie und wann wir für welche Anwendung testen müssen. Unser Ziel ist es, Materialien für Anwendungen innerhalb des Unternehmens allgemein zu prüfen, damit wir in Zukunft ein Portfolio von Materialien haben, von denen wir wissen, dass sie für bestimmte Zwecke verwendet werden können", erklärt Lukas.

"Ein zweiter Aspekt, den wir neben der Biokompatibilität berücksichtigen, sind extrahierbare und auslaugbare Stoffe. Dabei handelt es sich um kleine chemische Verbindungen, die in die Flüssigkeit gelangen können, indem sie aus einem Material ausgelaugt werden. Die Leitlinien sind hier etwas komplexer - es handelt sich nicht um ein Ja/Nein- oder ein Ampelsystem. Ein fundiertes Verständnis des Materials und seiner Chemie mit den Molekülen ist für uns entscheidend."

"Unsere Produktionsentwickler und AM-Designer sind federführend bei der Entwicklung unserer Einwegkomponenten, aber wir erhalten auch viele wertvolle Anregungen von den Prozessingenieuren und Projektmanagern bei Materialise, die wir in unsere Entwicklungsprozesse einfließen lassen", erklärt Tim Gabbitas, Additive Manufacturing Specialist bei Sartorius. "Vor allem während des Qualifizierungsprozesses und beim Übergang zur zertifizierten Fertigung, wenn wir uns über Dinge wie Reinigbarkeit und Toleranzen unterhalten."

Seit 2018 haben Materialise und Sartorius gemeinsam über 26.000 Einwegkomponenten für den Endverbraucher hergestellt, auf die einige der bekanntesten Namen der Branche vertrauen. Die mRNA-COVID-Impfstoffe zum Beispiel wurden mit Geräten von Sartorius hergestellt und veredelt. Die Entscheidung für AM trug dazu bei, die Produktion zu beschleunigen, die Notwendigkeit der Montage zu beseitigen und sicherzustellen, dass die komplizierten Geometrien bestimmter Teile im Endprodukt nachgebildet werden.

Es handelt sich um eine dauerhafte Zusammenarbeit, bei der Vertrauen und Dialog der Schlüssel sind.

"In einem stark regulierten Unternehmen wie dem unseren müssen wir ein gutes Verhältnis zu unseren Lieferanten haben. Wir müssen die QS-Audits der Lieferanten durchführen und sicherstellen, dass sie mit unserem QMS kompatibel sind, daher sollte man nicht zu viele Lieferanten haben", sagt Jeremy. "Die Breite der Prozesse, die Materialise anbietet, zusammen mit der Glaubwürdigkeit und der Erfahrung in der Branche, die man erst mit der Zeit erlangt, ist ein großer Anreiz für uns."

"Wenn es darum geht, Produkte zu industrialisieren, ist die Beziehung sehr produktiv. Unser Qualitätsteam kann nach Leuven reisen und sich mit Ihrem Team in Verbindung setzen - wir sagen Ihnen, was wir brauchen, und Sie zeigen uns, was Sie tun können, um sicherzustellen, dass wir es bekommen", fährt er fort. "Es ist ein toller Dialog, während andere Anbieter nur auf ihre Weise oder gar nicht arbeiten. Das ist es, was Materialise wirklich auszeichnet."

Weitere Informationen über Sartorius und seine Geräte finden Sie auf der offiziellen Website des Unternehmens.