Blutplasma: eine vielversprechende Waffe im Kampf gegen COVID-19
24 Aug 2020
Ende des Jahres 2019 wurde von einem zuvor unbekannten Stamm des Coronavirus berichtet, der eine Erkrankung ähnlich einer Lungenentzündung bei menschlichen Patienten in China verursacht hatte. Nach dem es die Spezies-Barriere übersprungen hatte, entwickelte sich dieses tödliche Virus mit dem Namen „Schweres akutes respiratorisches Syndrom-Coronavirus-2 (SARS-CoV-2)“ innerhalb von Monaten zu einer Pandemie, an der bis heute Hunderttausende Menschen weltweit gestorben sind.
Am 24. August 2020, dem Erscheinungsdatum dieses Artikels, zählte die WHO weltweit mehr als 23 Millionen bestätigte Fälle von SARS-CoV-2-Infektionen sowie 800.906 gemeldete Todesfälle in Zusammenhang mit der Atemwegserkrankung COVID-19, die diese verursacht.
Ein Großteil der Erforschung des Coronavirus konzentriert sich darauf, herauszufinden, wie sich SARS-CoV-2 ausbreitet und reproduziert, und zu verstehen, warum einige der infizierten Personen eine tödliche COVID-19-Erkrankung entwickeln, während andere Personen keine Symptome aufweisen und die Mehrheit der Infektionen einen relativ leichten Verlauf der Atemwegserkrankung verursacht. Die Industrie, Wissenschaft, gemeinnützige Organisationen und Regierungen arbeiten derzeit neben der Entwicklung von Medikamenten und anderen Behandlungen auch an präventiven Impfstoffen. Bis zum 24. August 2020 waren im amerikanischen Register klinischer Studien 3.086 weltweit angelaufene klinische Studien zu COVID-19-Therapien und Impfstoffen an Menschen gelistet.
Zu den Medikamentenkandidaten gegen SARS-CoV-2-Infektionen – oder gegen jedes schädliche Virus oder Bakterium – können neue oder bereits vorhandene chemische Zusammensetzungen zählen sowie biologische Moleküle, z. B. Antikörper oder sonstige Proteine, die zur Unterstützung des Körpers im Kampf gegen den Krankheitserreger und bei der Minimierung des durch diesen Erreger verursachten Schadens entwickelt werden. Impfstoffe hingegen werden Personen zur Prävention einer Infektion verabreicht. Sie wirken üblicherweise durch das Auslösen einer Antikörperproduktion im Körper. Sollte der Krankheitserreger später versuchen, den Körper zu infizieren, werden die Antikörper den Erreger erkennen und umgehend das Immunsystem mobilisieren, um die Infektion zu bekämpfen, bevor sie eine Erkrankung verursachen kann.
Antikörper gegen SARS-CoV-2 werden während einer Infektion mit COVID-19 auf natürliche Weise vom Immunsystem gebildet. Derzeit wird auf der ganzen Welt Antikörper-haltiges Blutplasma, das von Personen gespendet wurde, die zuvor von einer SARS-CoV-2-Infektion genesen waren, als potenzielle Behandlung für Personen untersucht, die schwer an COVID-19 erkrankt sind. Plasma ist die flüssige Komponente des Blutes, in der die roten und weißen Blutkörperchen, Thrombozyten und andere Bestandteile, wie diätische Nährstoffe, Proteine, Mineralien und Salze, durch den Körper transportiert werden. Zu dieser Konvaleszenzplasma-Therapie (Convalescent plasma therapy, CPT) sind Studien angelaufen, in denen herausgefunden werden soll, ob die SARS-CoV-2-Antikörper im Spenderplasma dazu beitragen können, die Genesung zu beschleunigen und eine Todesfolge bei den am schlimmsten betroffenen COVID-19-Patienten zu verhindern.
Obwohl sowohl die Impfung als auch die Konvaleszenzplasma-Therapie von der Rolle der vom Immunsystem des Körpers gebildeten Antikörper als Bekämpfer der Krankheitserreger abhängig sind, weisen die beiden Ansätze große Unterschiede auf. Während Impfungen gegen SARS-CoV-2 darauf ausgelegt sind, die präemptive Bildung von Antikörpern auszulösen und einen Eintrag in der körpereigenen Immundatenbank von Personen zu hinterlassen, die noch nicht mit dem Virus infiziert waren, wird die CPT als passive Immunität bezeichnet. Im Wesentlichen werden bei dieser Behandlung schwer erkrankten COVID-19-Patienten und Personen mit schwachem Immunsystem fertige „Spender“-Antikörper verabreicht, welche die bestehende COVID-19-Infektion als zeitnahe Lösung bekämpfen. Wissenschaftler entwickeln derzeit einen dritten Antikörper-basierten Ansatz zur Behandlung von COVID-19, der die Entwicklung sogenannter neutralisierender Antikörper umfasst, die das schädliche Virus direkt von der Infizierung einer Zelle abhalten können. Sobald neutralisierende Antikörper identifiziert werden, können sie im Labor hergestellt werden, so dass keine weiteren Blutspenden erforderlich sind.
Durch Vollblutspenden können jährlich die Leben zahlloser Patienten gerettet werden, die aufgrund von Traumata einen Blutverlust erlitten haben oder an schweren Blutkrankheiten leiden. Blut enthält jedoch auch zahlreiche spezifische Komponenten, einschließlich Immunsystem-Zellen, Gerinnungsfaktoren und Albumin, die alle mithilfe moderner Technologien aus dem Plasma extrahiert werden können, um viele verschiedene Erkrankungen zu behandeln, die anderenfalls tödlich wären. Gerinnungsfaktoren werden zur Behandlung schwerer Blutungsstörungen eingesetzt, darunter Hämophilie, während das Protein Albumin für die Behandlung von Personen mit Verbrennungen, einer Sepsis oder Leber- oder Nierenerkrankung verwendet werden kann. Menschliche Antikörper oder Immunoglobuline, die vom Spenderblut isoliert werden, können verwendet werden, um Personen mit einem geschwächten Immunsystem zu unterstützen sowie um Personen mit Infektionskrankheiten wie COVID-19 zu behandeln.
Das Verfahren zur Separierung der verschiedenen Blutkomponenten, bekannt als Fraktionierung, ist äußerst kompliziert und umfasst eine Reihe an präzise geregelten physikallischen und chemischen Stufen. GEA gilt als einer der weltweit führenden Anbieter von Prozesssystemen für jede Stufe der Blutplasmafraktionierung. Unsere Experten bei GEA haben über Jahrzehnte technologisches Fachwissen in den Bereichen Blutplasmafraktionierung und Verfahrenstechnik aufgebaut, das sie bei der Entwicklung von maßgeschneiderte Lösungen für die meisten großen Hersteller von Blutplasmaprodukten einsetzen.
Organisationen vertrauen auf unsere Technologien, Verfahrenskenntnisse und unser Ingenieurwissen für die Konfiguration von Fraktionierungsprozessen jeder Größenordnung – von der Kleinproduktion bis hin zu industriellen Großanlagen, die ausreichend Blutprodukte zur Behandlung von Krankheiten im globalen Maßstab produzieren könnten.
Der grundlegende Prozess der Blutfraktionierung beginnt mit der Extraktion der roten und weißen Blutkörperchen sowie der Thrombozyten aus dem Vollblut mittels Zentrifugierung. Das nach der Extraktion der zellulären Bestandteile verbleibende Plasma wird anschließend aus Sicherheitsgründen zwei Monate lang tiefgefroren und im Anschluss langsam wieder aufgetaut. Erst dann wird das Plasma der einzelnen Spender zusammengeführt.
Die Separierung der unterschiedlichen Fraktionen und Proteine aus dem Plasma erfolgt üblicherweise mithilfe eines Verfahrens, das als Kaltfraktionierung bekannt ist. Fraktionierungen im größeren Maßstab basieren in der Regel auf dem Cohn-Verfahren, das von einem Wissenschaftler namens Edwin J. Cohn während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurde. Das Verfahren umfasst das Mischen des Plasmas mit steigenden Ethanolkonzentrationen, während gleichzeitig der pH-Wert gesenkt wird und die Temperatur von –3 °C auf –7 °C absteigt, was zu abgesetzten Plasmaprodukten wie spezifischen Antikörpern führt.
Die Konstruktion einer Anlage mit integrierter Blutplasmafraktionierung ist eine komplexe und herausfordernde Aufgabe, bei der eine genaue Regelung von Schlüsselparametern wie pH-Wert, Ethanolkonzentration und Temperatur unverzichtbar ist. „Verschiedene Verfahrensschritte wie Separation, Adsorption, Reinigung, Abscheidung, Virusinaktivierung und Chromatografie müssen auf präzise und effiziente Weise abgestimmt werden“, erklärte Tatjana Krampitz, Head of Technology Management, GEA BioPharma. „Aus diesem Grund sind sowohl mechanische als auch betriebliche Anforderungen zu berücksichtigen, um Produkte aus menschlichem Plasma mit hohem Reinigungsgrad und in hoher Konzentration zu erhalten. In jedem Zwischenschritt, dem eine Reinigung folgt, können verschiedene, lebensrettende Blutplasmaproteinprodukte extrahiert werden.“
Die Experten bei GEA konstruieren individuelle Maschinen, Module und vollständige, automatisierte Fraktionierungsanlagen für Blutplasmafraktionierungen in jeder Größenordnung. Unser Fachwissen deckt jede Stufe ab – vom Mischen und Zentrifugieren über die Konstruktion von Prozessbehältern bis hin zu chromatographischen Anlagen sowie Automatisierungs- und Sterilisationssystemen. Zum Beispiel unterstützt die Sprüh- und Gefriertrocknungstechnik von GEA innovative Unternehmen bei der Entwicklung temperaturstabiler Blutplasma-Produkte mit langer Haltbarkeit, die nicht gekühlt werden müssen, sodass sie sich leichter in schwer erreichbare und entlegene Gebiete transportieren lassen.
Wir sind stolz darauf, mit wegweisenden Unternehmen wie CSL Behring, einem Mitglied der CoVIg-19 Plasma Alliance, zusammenzuarbeiten. Die CoVIg-19 Plasma Alliance ist eine große Kooperation von Unternehmen, die an der Entwicklung von CoVIg-19 arbeiten, einer potenziellen Therapie, die aus Plasma gewonnen wird, zur Behandlung von Personen mit schwerwiegenden Komplikationen aufgrund von COVID-19. Innerhalb der letzten 15 Jahre haben wir mit CSL Behring zusammengearbeitet, um eine Anlage zu entwickeln und zu bauen, mit der aus Plasma gewonnenes Hämoglobin an zahlreichen Standorten weltweit produziert werden kann.
Die Technologien von GEA spielen eine entscheidende Rolle in der Unterstützung von Wissenschaftlern und der Industrie bei der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung neuer Impfstoff-Generationen und Antikörper-basierter Behandlungen gegen bestehende und aufkommende Krankheiten. Wir bieten nicht einfach nur Technologien für die Produktion von Plasmaprodukten. Unsere Expertise erstreckt sich auf die Konstruktion und Bereitstellung ganzheitlicher Systeme zur Herstellung von Impfstoffen im industriellen Maßstab und für die Produktion von Antikörpern im Labor.
In diesen ungewissen Zeiten verpflichten wir uns der Unterstützung der weltweiten Anstrengungen zur Bekämpfung des Coronavirus sowie jeder anderen zukünftigen Epidemie. Geleitet von unserem Versprechen, „Technik für eine bessere Welt“ zu entwickeln, nutzt GEA sein über Jahrzehnte gesammeltes Fachwissen, um Lösungen zu entwickeln, die dazu beitragen, in kürzest möglicher Zeit neue Behandlungen auf den Markt zu bringen.
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