Ein langer Weg

Über die Anwendung und den therapeutischen Effekt einer Bluttransfusion bei einem 11-jährigen Jungen mit Blutungskomplikationen nach einem operativen Eingriff wurde schon 1840 berichtet. Allerdings dauerte es bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts: Erst dann wurde diese Behandlungsmethode aufgegriffen und als Behandlungsoption etabliert. Kurz darauf zeigte sich, dass die Transfusion von Plasma der von Vollblut überlegen war; allerdings war bei größeren Blutungen die Infusion von großen Mengen an Plasma aufgrund der Kreislaufverhältnisse der Patienten limitiert.

Die Plasmafraktionierung macht's möglich

Ein wesentlicher Schritt für die Entwicklung der Substitutionstherapie mit Faktor VIII war die Entdeckung der (alkoholvermittelten) Plasmafraktionierung (auch Cohn-Fraktionierung genannt) Mitte des 20. Jahrhunderts, mit der eine Fraktion gewonnen werden konnte, die den Faktor VIII angereichert enthielt (Cohn-Fraktion).

Das Kryopräzipitat – Basis für die kommerzielle Produktion

Trotz weiterer Reinigung der Cohn-Fraktion blieb der darin angereicherte Faktor VIII stark verunreinigt und konnte zudem therapeutisch nur bedingt eingesetzt werden, da während der 50er Jahre Plasma noch Mangelware war. Die bahnbrechende Erkenntnis Mitte der 60er Jahre, dass beim langsamen Auftauen von tiefgefrorenem Plasma ein Faktor-VIII-reicher Niederschlag (Kryopräzipitat) zurückbleibt, war der Grundstein für die kommerzielle Produktion von therapeutischen Konzentraten. Zur gleichen Zeit wurde die Plasmapherese etabliert, womit nun zunehmend der Rohstoff Plasma für die Fraktionierung zur Verfügung stand. Anfang der 70er Jahre gab es endlich genügend Faktor-VIII-Konzentrat zur Behandlung der Hämophilie A. Doch die Herstellung der Faktor-VIII-Konzentrate aus Blutplasma mehrerer Spender ließ die Übertragung von Infektionserregern, wie z. B. dem Hepatitis-B- oder dem Hepatitis-C-Virus, zum Problem werden. Daher nahmen alle Hersteller spätestens seit Aufkommen des HI-Virus Virusinaktivierungs- bzw. -reduktionsmaßnahmen in den Herstellungsprozess auf. Als besonders effektiv erwiesen sich hierbei die Erhitzung in Anwesenheit von Feuchtigkeit und das Solvent-Detergent-Verfahren.

Neue Reinigungsmethoden

Die Herstellungsmethoden wurden immer weiter verbessert. Ein weiterer wichtiger Schritt zu noch reineren FVIII-Konzentraten war die Einfühung der sog. Immunaffinitätschromatographie in den Herstellungsprozess. Durch diese Art der Reinigung, bei der monoklonale Antikörper verwendet werden, konnte der Faktor VIII in hochreiner Form gewonnen werden.

Die Entdeckung des Faktor-VIII-Gens – das Zeitalter der biotechnologischen Herstellung beginnt

Ein Meilenstein in der Hämophilie-Therapie war 1984 die Identifizierung und Klonierung des Faktor-VIII-Gens. Mit dem Einbau dieses Gens in eine Säugetierzelle wurde eine Methode gefunden, mit der Faktor VIII unabhängig vom Rohstoff Plasma gewonnen werden kann. Das Zeitalter der biotechnologisch hergestellten Faktor-VIII-Konzentrate begann. Im Jahr 1987 wurde im Rahmen einer Studie der erste Patient mit einem rekombinanten Faktor-VIII-Konzentrat behandelt. Baxter brachte 1992 dieses erste rekombinante Faktor-VIII-Präparat in den USA und in Schweden, 1993 auch in Deutschland auf den Markt. Für die Herstellung dieses rekombinanten Konzentrats (der sogenannten 1. Generation) waren jedoch noch Zusätze von Proteinen menschlichen oder tierischen Ursprungs erforderlich. Anfang der 2000er Jahre entwickelte Baxter dieses Faktor-VIII-Konzentrat zu einem Präparat weiter, das im gesamten Herstellungsprozess ohne Proteine aus Blutplasma auskommt. Seit 2004 steht dieses Medikament (der 3. Generation) den Hämophilie-Patienten zur Verfügung. Damit wurde das potentielle Risiko, dass im Blut vorkommende Krankheitskeime menschlichen und tierischen Ursprungs übertragen werden, ausgeschaltet.

Ausblick

Basierend auf der plasma- und albuminfreien Plattform sind die Entwicklungsziele für Baxter klar: Für die nächste (also die 4.) Generation der Faktorkonzentrate soll die Wirkdauer von Faktor VIII verlängert werden. Erste Ergebnisse aus präklinischen Studien scheinen vielversprechend zu sein.

Wie wird Faktor VIII biotechnologisch hergestellt?

Bei einem gesunden Menschen produzieren Leberzellen den Gerinnungsfaktor VIII. Das ist bei einem Patienten mit Hämophilie (Bluter) nicht der Fall. Das Gen, das den Bauplan für das Faktor-VIII-Eiweiß enthält, ist defekt. Nachdem von Wissenschaftlern das Faktor-VIII-Gen erfolgreich isoliert worden war, konnte dieses in eine spezielle Säugetierzelle eingeschleust werden. Diese Zelle kann nun menschlichen Faktor VIII produzieren. Nur bestimmte Säugetierzellen sind jedoch in der Lage das komplexe Eiweiß herzustellen. Die Zellen aus den Eierstöcken des Chinesischen Hamsters haben sich in der biotechnologischen Produktion von Wirkstoffen (nicht nur von Faktor VIII) bewährt. Diese Zellen werden schon seit den 50er Jahren studiert und kultiviert.

Eine Hamster-Ovar-Zelle, die den Faktor VIII besonders gut produzierte, wurde ausgewählt, weiter vermehrt, in einer sog. Zellbank tiefgefroren und an einem sicheren Platz aufbewahrt. Wissenschaftler von Baxter haben eine Methode entwickelt, bei der die Zellen in einer Nährlösung ohne Zusätze von menschlichen oder tierischen Proteinen aus Blutplasma wachsen können. Damit wurde das potentielle Risiko, dass im Blut vorkommende Krankheitskeime übertragen werden, ausgeschaltet.

Herstellung in Reinräumen

Für die Herstellung des Faktor-VIII-Konzentrats vermehrt man diese Zellen. In einem mit einer Nährlösung gefüllten Zellkulturbehälter teilen sich die Zellen milliardenfach. Alle Zellen sind mit der Ausgangszelle identisch. Auch hier wird bei Baxter nur eine Nährlösung verwendet, die ausgesuchte Bestandteile enthält, keinesfalls aber Bestandteile von Menschen oder Tieren. Die Zellen produzieren nun den Faktor VIII und geben diesen an die Nährlösung ab.

Sobald die Zellen die gewünschte Konzentration an Faktor VIII im Kulturmedium gebildet haben, werden Zellen und Zellreste herausgefiltert. Faktor VIII verbleibt hierbei zunächst noch im Kulturmedium und wird anschließend durch spezielle Verfahren aus dem Kulturmedium isoliert und gereinigt. Durch einen im Reinigungsprozess integrierten Virusinaktivierungsschritt (sog. Solvent-Detergent-Virusinaktivierung) wird die theoretische Möglichkeit einer Kontamination mit Viren praktisch ausgeschaltet. Um den Faktor zu stabilisieren, verzichtet man heute ebenfalls auf menschliche oder tierische Zusätze und verwendet eine Kombination aus Zuckern, Salzen und Aminosäuren. In sterile Fläschchen abgefüllt und gefriergetrocknet steht es den Patienten zur Verfügung.

Die Herstellung von Baxters plasma- und albuminfreiem Faktor VIII erfolgt in einer speziell für diesen Zweck errichteten Anlage, in der der gesamte Herstellungsprozess in Reinräumen erfolgt. Strenge Kontrollen, Sterilisations- und Luftreinigungsverfahren verhindern eine Kontamination und gewährleisten die hohe Qualität des produzierten Faktors.