Lipidnanopartikel: gezielter Transport
We go beyond to fight pandemics and diseases

Lipidnanopartikel sorgen dafür, dass pharmazeutische Wirkstoffe erst an ihrem Bestimmungsort freigesetzt werden. Als essenzielle Bestandteile von mRNA-Therapeutika könnten sie die Bekämpfung etwa von Infektionskrankheiten oder Krebs entscheidend voranbringen. Evonik ist weltweit führend bei der Entwicklung und Herstellung dieser Wirkstoffdarreichungssysteme. Pharmakunden profitieren von umfassenden Dienstleistungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

mRNA-Technologien revolutionieren die Medizin, sei es bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten, bei der Krebsimmuntherapie, der Proteinersatz- oder der Gentherapie. Die Idee dahinter: Als neuartige Medikamente verabreicht, legen Ribonukleinsäuren, kurz RNA, gezielt einzelne Gene still oder ermöglichen die Bildung essenzieller Proteine, die eine gewünschte Immunreaktion auslösen. Gelingen kann das nur, wenn die RNA direkt in die Zielzellen des betroffenen Gewebes gelangt. „RNA-Stränge sind relativ instabil“, sagt Dr. Andrea Engel, zuständig für Wachstumsprojekte im Evonik-Geschäftsgebiet Health Care. Direkt in die Blutbahn injiziert, würden die Stränge vom Immunsystem schnell abgebaut. Gebraucht werden gewissermaßen Transportsysteme, die ihre pharmazeutische Fracht gezielt ins Innere der Zelle geleiten.

Modell eines Lipidnanopartikels: Evonik hat die Produktion der Wirkstoffdarreichungssysteme in den vergangenen Jahren stetig ausgebaut.

Lipidnanopartikel als Hoffnungsträger der modernen Medizin

Eines der fortschrittlichsten Wirkstoffdarreichungssysteme sind Lipidnanopartikel (LNP), die aus einer Kombination verschiedener Lipide bestehen. Als Bausteine lebender Zellen umschließen sie die mRNA und machen sie für das Immunsystem unsichtbar. Auf diese Weise sorgen sie dafür, dass der Wirkstoff unbeschadet bleibt und erst an seinem Bestimmungsort freigesetzt wird. Wie gut LNP diese Aufgabe erfüllen, bewiesen sie während der Covid-19-Pandemie als essenzieller Bestandteil mRNA-basierter Impfstoffe. „Lipidnanopartikel gelten aber schon länger als große Hoffnung für die Medizin, weil sie einen Weg zu individuell auf den Patienten zugeschnittenen Medikamenten ebnen“, sagt Engel. „Bereits vor Covid-19 wurden sie zum Beispiel für die Formulierung von Wirkstoffen gegen Krebserkrankungen genutzt, um diese besser verträglich zu machen.“

Als Partner der Pharmaindustrie ist Evonik führend bei der Entwicklung und Herstellung moderner Wirkstoffdarreichungssysteme wie LNP und pharmazeutischer Hilfsstoffe wie Lipiden. Gebündelt ist die Kompetenz im Geschäftsgebiet Health Care, das Pharmaunternehmen weltweit mit umfassenden Dienstleistungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette unterstützt. „Wir entwickeln neue maßgeschneiderte Lipide, können Wirkstoffe wie mRNA in LNP formulieren und beherrschen die Prozessentwicklung“, sagt Engel. Zudem verfüge der Spezialchemiekonzern über erfahrene Engineering-Teams, die die Herstellung geringer Produktmengen im Labor in einen stabilen Industrieprozess für größere Mengen umsetzen. „Bei uns“, so Engel, „bekommen Kunden alles aus einer Hand.“

„Wir entwickeln neue maßgeschneiderte Lipide, können Wirkstoffe wie mRNA in LNPs formulieren und beherrschen die Prozessentwicklung."

Andrea Engel, Geschäftsgebiet Health Care

Weltweite Produktion von Wirkstoffdarreichungssystemen und pharmazeutischen Hilfsstoffen

Das Potenzial neuartiger Therapieansätze etwa mit mRNA-Impfstoffen hat Evonik frühzeitig erkannt. So entwickelt und formuliert das Unternehmen bereits seit 2016 Lipidnanopartikel im kanadischen Burnaby bei Vancouver. Eine Anlage zur Produktion und Abfüllung kommerzieller Mengen betreibt Evonik in Birmingham im US-Bundesstaat Alabama. Mit dem Zukauf von Wilshire Technologies, einem amerikanischen Hersteller von pharmazeutischen Hilfsstoffen auf Basis pflanzlicher Quellen, wurde das Portfolio Anfang 2020 erweitert.

 Auch Deutschland ist ein wichtiger Produktionsstandort. Während der Covid-19-Pandemie baute Evonik in Hanau und Dossenheim kurzfristig zwei Produktionen für Speziallipide auf und leistete damit einen wichtigen Beitrag für die Liefersicherheit des Covid-19-Impfstoffs Comirnaty®. 2023 eröffnete das Unternehmen in Hanau zudem eine Anlage zur Herstellung kleinerer Lipidmengen. Zugeschnitten ist die Anlage auf die Bedürfnisse von Pharma- und Biotechunternehmen, die passgenaue Lipide in geringen Kilogrammmengen für ihre klinischen Studien oder zur Markteinführung innovativer Arzneimittel benötigen.

Evonik entwickelt und produziert weltweit innovative Wirkstoffdarreichungssysteme und pharmazeutische Hilfsstoffe. Hier belädt eine Labormitarbeiterin am Standort Darmstadt kleine Gefäße mit Lipidnanopartikeln.
Evonik entwickelt und produziert weltweit innovative Wirkstoffdarreichungssysteme und pharmazeutische Hilfsstoffe. Hier belädt eine Labormitarbeiterin am Standort Darmstadt kleine Gefäße mit Lipidnanopartikeln.
Die Lipidnanopartikel werden umfassenden Tests unterzogen, zum Beispiel hinsichtlich physikalischen Parametern wie Größe oder Ladung.
Die Lipidnanopartikel werden umfassenden Tests unterzogen, zum Beispiel hinsichtlich physikalischen Parametern wie Größe oder Ladung.
Lipidnanopartikel müssen für Patienten gut verträglich sein. Ob sie diese Anforderung erfüllen, wird im Labor an Zellkulturen geprüft.
Lipidnanopartikel müssen für Patienten gut verträglich sein. Ob sie diese Anforderung erfüllen, wird im Labor an Zellkulturen geprüft.

Produktionsanlage für pharmazeutische Lipide im Weltmaßstab

Um das Angebot zu ergänzen und die Lieferfähigkeit kritischer Ausgangsmaterialien etwa bei einer neuen Pandemie sicherzustellen, errichtet Evonik aktuell am Standort Tippecanoe in Lafayette (US-Bundesstaat Indiana) eine hoch flexible Produktionsanlage für pharmazeutische Lipide im Weltmaßstab. Zeinab I. Aly, Verfahrensingenieurin bei Health Care, ist an dem Projekt beteiligt: „Wir werden hier nicht nur Lipide in unterschiedlichen Größenordnungen herstellen, sondern auch verschiedene Aspekte der Lipidproduktion handhaben können – von der Dosierung des Rohmaterials bis hin zur Verpackung des Endprodukts“, sagt sie. Tippecanoe ist einer der weltweit größten Standorte zur Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe und bringt mit der vorhandenen Infrastruktur, den hoch qualifizierten Arbeitskräften und den verfügbaren Technologien beste Voraussetzungen für das Bauprojekt mit.

Projekte zur Erforschung neuartiger Wirkstoffdarreichungssysteme

Um auch die Erforschung neuartiger Wirkstoffdarreichungssysteme voranzutreiben, kooperiert Evonik weltweit mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft. So beteiligt sich der Spezialchemiekonzern seit 2023 an einem vom deutschen Wirtschaftsministerium geförderten Projekt, in dem Hochschulen und Unternehmen gemeinsam an neuen Speziallipiden für mRNA-Medikamente arbeiten. Zusammen mit der Stanford University in Kalifornien entwickelt Evonik außerdem ein polymerbasiertes Wirkstoffträgersystem für mRNA. Vielversprechend ist auch ein gemeinsames Projekt mit der Universität Mainz. Engel: „Hier stehen sogenannte rPEG-Lipide im Fokus. Dieses besonders effiziente Transportsystem für mRNA-Medikamente könnte der Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs, Multiple Sklerose oder Alzheimer einen weiteren Schub zu geben.“

Fotos: Robert Eikelpoth (4), Staudinger + Franke / Evonik
Illustration: Evonik Industries AG