Sustainable chromatography by design and rational sustainable buffer selection

Der Energie- und Wasserverbrauch für Pufferherstellung kann beträchtlich sein, insbesondere wenn WFI (Water for Injection) verwendet wird. Während die chromatographische Prozessentwicklung einen minimalen Pufferverbrauch anstreben kann, ist die indirekte ökologische Auswirkung von Puffern in der Bioprozessierung völlig unbekannt. Dies liegt daran, dass Nachhaltigkeitsanalysen und Lebenszyklus-Inventare rudimentär sind und nicht zweckmäßig, um während der Prozessentwicklung als Entwicklungsziel genutzt zu werden. Traditionell ist die Reduzierung von Puffervolumina bereits Teil der aktuell umgesetzten Prozessentwicklungsziele, da geringere Puffervolumina auch niedrigeren Kosten und schnelleren Prozessen entsprechen. Neben der Herstellung neuer chromatographischer Formate (wie Filter, Monolithe usw.) bleibt wenig Raum für weitere Verbesserungen bei der direkten Reduktion des verbrauchten Puffers. Doch der Einfluss der Nachhaltigkeit von Pufferarten und Pufferstärke ist völlig offen für Untersuchungen, bisher nicht angesprochen und leicht in jedem Maßstab als Design- und Entwicklungsziel umsetzbar. Pufferarten, Pufferherstellung und Pufferkonzentrationen werden derzeit traditionell ausgewählt oder durch Entwicklungsziele bestimmt, die in keinerlei Zusammenhang mit Nachhaltigkeit stehen. Wir können dieses unterentwickelte Gebiet nutzen, um Puffer und Konzentrationen auszuwählen, die aus bioprozessualer Sicht gleichermaßen leistungsfähig sind, aber mit einem deutlich geringeren ökologischen Fußabdruck. Um den Einfluss von Puffern und deren Herstellung auf die Downstream-Verarbeitung zu erfassen und zu quantifizieren, schlagen wir vor: (1) die Erstellung eines umfassenden Lebenszyklus-Inventars gängiger in der biotechnologischen Produktion verwendeter Pufferarten; (2) eine Bewertung der potenziell maximalen Einsparungen durch Änderungen der Pufferarten und Pufferkonzentrationen, die durch diesen Ansatz erreicht werden können; (3) ein schnell zu verwendendes Tool für die Prozessentwicklung, um die Lebenszyklusauswirkungen von Puffern zu bewerten und einen nachhaltigkeitsbezogenen Key-Performance-Indicator zu implementieren, der während der Prozessentwicklung verfolgt werden kann; (4) und schließlich die Erstellung physischer Demonstrationsanwendungsfälle als Machbarkeitsnachweis.