Biopharmazeutika: Medikamente aus lebenden Zellen

Vertiefung zum ThemaHoffnung Gentechnik

Die Insulinspritze gegen Diabetes, die Antikörper-Infusion gegen Brustkrebs, die Hepatitis-B-Impfung: Hinter all dem stecken Medikamente, die nicht im Chemiekessel entstehen, sondern in lebenden Zellen. Rund 40 Prozent der neuen Wirkstoffe, die jedes Jahr auf den Markt kommen, werden so hergestellt. Wer sind die Zellen, die für uns Medikamente bauen?

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema „Hoffnung Gentechnik“. Manche Medikamente entstehen nicht in einer Chemieanlage. Lebende Zellen stellen sie her. Solche Medikamente heißen Biopharmazeutika. Meist sind es große Eiweiße, zum Beispiel Insulin. Forschende bauen dafür ein menschliches Gen in Produktionszellen ein. Die Zellen lesen das Gen ab und bilden den Wirkstoff.

Es gibt verschiedene Produktionszellen. Bakterien wachsen schnell und sind billig. Große Eiweiße falten sie aber oft falsch. Für schwierige Eiweiße braucht man Zellen von Säugetieren. Am häufigsten sind CHO-Zellen. Das sind Zellen aus dem Eierstock vom Chinesischen Hamster. Sie wachsen in großen Stahltanks.

Das Wichtigste:

• In Deutschland gibt es 481 solche Medikamente.
• Das fertige Medikament enthält keine Zellen und keine DNA.
• Nachbauten heißen Biosimilars. Sie sind dem Original sehr ähnlich, aber nicht gleich.

Merke: Biopharmazeutika sind Medikamente, die lebende, gentechnisch veränderte Zellen herstellen.

Was sind Biopharmazeutika?

Die meisten klassischen Medikamente sind kleine Moleküle, die in Chemieanlagen Schritt für Schritt zusammengebaut werden. Acetylsalicylsäure, der Wirkstoff vieler Kopfschmerztabletten, besteht aus 21 Atomen. Biopharmazeutika dagegen sind meist große Proteine. Ein Antikörper besteht aus rund 1.300 Aminosäuren und ist mehr als 800-mal so schwer wie ein Molekül Acetylsalicylsäure. So etwas lässt sich nicht im Kolben synthetisieren – das können nur Zellen, die nach einer genetischen Bauanleitung arbeiten.

Deshalb wird das menschliche Gen für den gewünschten Wirkstoff in Produktionszellen eingebaut. Diese Zellen lesen es ab und stellen das Protein in großen Mengen her. Solche Wirkstoffe heißen rekombinant, weil die DNA neu kombiniert wurde. Der Verband forschender Arzneimittelhersteller (vfa) bezeichnet alle gentechnisch hergestellten Arzneimittel als Biopharmazeutika; im Alltag hört man auch „Biologika“. Wichtige Anwendungsgebiete sind Diabetes, Krebs, Rheuma, Multiple Sklerose, Schuppenflechte, angeborene Stoffwechsel- und Gerinnungsstörungen, Osteoporose und Impfungen. Einen Überblick über alle Einsatzfelder der roten Gentechnik gibt das Kapitel Hoffnung Gentechnik.

Wirkstoffgruppe	Beispiel	Einsatz	hergestellt in
Hormone	Humaninsulin	Diabetes	Bakterien (E. coli) oder Hefen
Wachstumsfaktoren	Erythropoetin (EPO)	Blutarmut bei Nierenerkrankung	Hamsterzellen (CHO)
monoklonale Antikörper	Trastuzumab	eine Form von Brustkrebs	Hamsterzellen (CHO)
Gerinnungsfaktoren	Faktor VIII	Bluterkrankheit (Hämophilie A)	Säugetierzellen (CHO, BHK) oder menschliche Zellen
Enzyme	Agalsidase alfa	Morbus Fabry (Stoffwechselstörung)	menschliche Zelllinien
Impfstoffe	Hepatitis-B-Impfstoff	Schutz vor Hepatitis B	Hefen

Wie die Herstellung beim ersten Biopharmazeutikum überhaupt ablief, zeigt die Seite Insulin aus Bakterien; warum EPO auf Säugetierzellen angewiesen ist, erklärt das Kapitel Blutbildende Hormone.

Biopharmazeutika herstellen: Bakterien, Hefen oder Hamsterzellen?

Welche Zelle ein Protein herstellt, hängt davon ab, wie anspruchsvoll es ist. Bakterien wie E. coli wachsen schnell und billig, können aber keine Zuckerketten an Proteine hängen und falten große Proteine oft falsch. Hefen sind Eukaryoten, geben Proteine ins Nährmedium ab und hängen einfache Zuckerketten an – allerdings in einem Muster, das sich vom menschlichen unterscheidet. Säugetierzellen wachsen langsam und sind teuer, falten aber auch große Proteine richtig und hängen menschenähnliche Zuckerketten an (Glykosylierung). Für Antikörper und viele Hormone sind sie deshalb unverzichtbar. Eine Auszählung der vfa-Liste zeigt, wie stark die Hamsterzellen dominieren (Abb. 1).

Die Herstellung folgt bei allen Systemen demselben Grundmuster:

1. Zelllinie aufbauenDas Gen wird mit einem starken Promotor in die Produktionszellen gebracht. Die Zelle, die am meisten und am saubersten produziert, wird ausgewählt und als Zellbank eingefroren – Ausgangspunkt jeder späteren Charge.
2. Vermehren im BioreaktorIn Stahltanks mit mehreren Tausend Litern wachsen die Zellen unter genau kontrollierter Temperatur, Sauerstoffzufuhr und Nährstoffgabe.
3. Ernten und reinigenDas Protein wird von Zellen und Nährmedium getrennt und in mehreren Schritten gereinigt, etwa mit Säulen, die nur den Wirkstoff festhalten.
4. Prüfen und abfüllenJede Charge wird auf Reinheit, Struktur, Zuckermuster und Wirksamkeit geprüft. Das Produkt enthält keine Zellen und keine DNA der Produktionszellen mehr.

Biosimilars: Nachbauten mit Unterschied

Läuft der Patentschutz eines Biopharmazeutikums ab, dürfen andere Firmen es nachbauen. Bei chemischen Wirkstoffen heißen solche Kopien Generika: Sie enthalten exakt dasselbe Molekül. Bei Biopharmazeutika geht das nicht. Selbst wenn die Aminosäurefolge identisch ist, unterscheiden sich die Moleküle in Feinheiten, etwa im Zuckermuster, weil jede Zelllinie und jedes Herstellungsverfahren etwas andere Produkte liefert. Die Europäische Arzneimittel-Agentur nennt einen solchen Nachbau deshalb Biosimilar: ein biologisches Arzneimittel, das einem bereits zugelassenen Referenzarzneimittel in Struktur, Wirkung, Sicherheit und Immunreaktion „sehr ähnlich“ ist. Ein Biosimilar gilt ausdrücklich nicht als Generikum.

Das erste Biosimilar der EU wurde 2006 zugelassen: Omnitrope, ein Wachstumshormon aus E. coli, als Nachbau des Präparats Genotropin. 2007 folgten die ersten EPO-Biosimilars. Die vfa-Übersicht listet im Oktober 2026 insgesamt 154 Biosimilar-Präparate in der EU (einschließlich gleicher Produkte unter verschiedenen Markennamen). Fast zwei Drittel davon, 96, ahmen Antikörper nach – allein 30 den Osteoporose-Wirkstoff Denosumab. Für Krankenkassen sind Biosimilars wichtig, weil der Wettbewerb die Preise teurer Biopharmazeutika senkt.

Biopharmazeutika sind fertige Proteine, die gespritzt oder infundiert werden. Einen Schritt weiter gehen Therapien, bei denen lebende, genetisch veränderte Zellen selbst das Medikament sind – wie bei der CAR-T-Zelltherapie.

Vertiefung Oberstufe: Warum das Verfahren das Produkt bestimmt

Bei kleinen Molekülen ist ein Wirkstoff durch seine Strukturformel vollständig beschrieben. Bei Proteinen reicht die Aminosäurefolge nicht aus. Ihre Wirkung hängt auch von der Faltung, von Disulfidbrücken und von nachträglichen Veränderungen ab, vor allem von angehängten Zuckerketten. Diese Glykosylierung findet im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat statt – Organellen, die Bakterien nicht besitzen.

Zuckerketten beeinflussen, wie lange ein Protein im Blut bleibt, wie gut es wirkt und ob das Immunsystem es als fremd erkennt. Bei EPO etwa wird das Hormon ohne seine Zuckerketten schnell abgebaut. Bei Antikörpern verändern einzelne Zuckerbausteine, wie stark Immunzellen auf den markierten Feind losgehen. Selbst kleine Änderungen an Nährmedium, Temperatur oder Reinigungsschritten können das Zuckermuster verschieben. In der Biotechnologie gilt deshalb der Grundsatz: Das Verfahren ist das Produkt. Jede Änderung der Herstellung muss mit Vergleichstests belegen, dass der Wirkstoff gleich geblieben ist. Das gilt auch für den Originalhersteller selbst, etwa wenn er eine neue Fabrik in Betrieb nimmt oder einen Reinigungsschritt verbessert. Streng genommen ist also auch ein Original über die Jahre eine Folge sehr ähnlicher Chargen – ein Grund, warum Fachleute Biosimilars nicht als „Kopie zweiter Klasse“ sehen.

Ein zweites Thema ist die Immunogenität: Proteine können Antikörper gegen sich selbst hervorrufen, die das Medikament neutralisieren oder sehr selten Nebenwirkungen auslösen. Darum vergleicht die EMA bei Biosimilars ausdrücklich auch das Immunreaktionsprofil mit dem des Originals.

Fachbegriffe

Biopharmazeutikum

Arzneimittel, dessen Wirkstoff mithilfe gentechnisch veränderter Zellen hergestellt wird.

rekombinant

Mithilfe neu kombinierter DNA hergestellt, z. B. rekombinantes Insulin.

CHO-Zellen

Zelllinie aus dem Eierstock des Chinesischen Hamsters; häufigstes Produktionssystem für Biopharmazeutika.

Glykosylierung

Anhängen von Zuckerketten an Proteine in ER und Golgi-Apparat eukaryotischer Zellen.

Biosimilar

Nachbau eines biologischen Arzneimittels, der dem Original sehr ähnlich, aber nicht identisch ist.

Bioreaktor

Großer, steriler Behälter, in dem Zellen unter kontrollierten Bedingungen wachsen.

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