Ein interdisziplinäres Team der Fraunhofer-Institute für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM, für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME sowie für Silicatforschung ISC hat erstmals einen vollständig integrierten, zweistufigen Syntheseprozess im kontinuierlichen Durchfluss realisiert. Dieses neue, nachhaltige Herstellungsverfahren für fluorierte pharmazeutische Bausteine bietet der Industrie eine ressourcenschonende sowie skalierbare Alternative zu bisherigen Prozessen. Durch die Kombination von Biokatalyse mit moderner Mikroreaktortechnologie erzielt die Methode sehr hohe Ausbeuten bei einer außergewöhnlichen Produktreinheit.
Relevanz für Pharmaindustrie und Feinchemie
Fluorierte organische Verbindungen sind für die moderne Arzneimittelentwicklung essenziell, da sie die Stabilität, Wirksamkeit und Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen optimieren. Zu den zentralen Bausteinen vieler Pharmazeutika, einschließlich innovativer Krebsmedikamente, gehören dabei chirale Fluoralkohole. „In der industriellen Praxis sind etablierte Herstellungsverfahren für solche Moleküle häufig energieintensiv, teuer und mit hohem Abfallaufkommen verbunden“, erklärt Dr. Thomas Rehm. „Unser Ansatz zeigt, dass sich anspruchsvolle Wirkstoffbausteine auch effizient, nachhaltig und kontinuierlich herstellen lassen.“
Enzymtechnologie als Schlüssel zur Nachhaltigkeit
Kern des neuen Verfahrens ist ein biokatalytischer Reaktionsschritt, bei dem ein hochspezialisiertes Enzym gezielt die gewünschte Molekülstruktur erzeugt. Dieses wurde auf neuartigen Silica-Suprapartikeln immobilisiert, um eine stabile Nutzung im kontinuierlichen Prozess zu gewährleisten. „Für industrielle Anwendungen ist entscheidend, dass Enzyme nicht nur selektiv, sondern auch langlebig und wiederverwendbar sind“, sagt Dr. Bettina Herbig. „Unsere Trägermaterialien erfüllen genau diese Anforderungen und machen den Prozess wirtschaftlich attraktiv.“ Zusätzlich wird das Enzym in einem am Fraunhofer IME entwickelten pflanzenbasierten, zellfreien Produktionssystem hergestellt, was eine besonders hohe Qualität des Biokatalysators erlaubt und gleichzeitig den Herstellungsaufwand reduziert.
Kontinuierliche Prozesse als Schlüssel für effiziente Produktion
Der neue Syntheseweg kombiniert zwei Reaktionsschritte in einem kompakten Durchflussreaktorsystem, was im Vergleich zu klassischen Batch-Prozessen klare Vorteile wie eine gleichbleibende Produktqualität, geringeren Energie- und Lösungsmittelverbrauch sowie eine einfache industrielle Skalierbarkeit bietet. Dabei erzielten die Forschenden Enantiomerenreinheiten von über 99,9 Prozent bei Gesamtausbeuten von bis zu 91 Prozent. „Solche Werte sind für einen integrierten Zweistufenprozess außergewöhnlich“, sagt Egzon Cermjani. „Sie zeigen, dass unser Konzept nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch für industrielle Anwendungen hochrelevant ist.“
Perspektiven für industrielle Umsetzung
Neben der hohen Effizienz überzeugte das System auch in Stabilitätstests, da die eingesetzten Enzyme über mehrere Produktionszyklen hinweg ohne nennenswerten Aktivitätsverlust genutzt werden konnten, was einen entscheidenden Faktor für den wirtschaftlichen Betrieb darstellt. „Unser Ansatz ist modular aufgebaut und lässt sich auf weitere Wirkstoffbausteine übertragen“, so Rehm. „Für die Pharma- und Feinchemie eröffnet das neue Möglichkeiten, nachhaltige Produktionsprozesse schneller in die Praxis zu bringen.“
Ausblick
Die Forschenden arbeiten aktuell daran, das Verfahren auf zusätzliche pharmazeutisch relevante Moleküle auszuweiten und die Prozesse weiter zu vereinfachen, wobei insbesondere der kontinuierliche Langzeitbetrieb sowie die nachgelagerten Aufarbeitungsschritte im Fokus stehen.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM (02/2026)