Grüne Chemie: Nachhaltigkeit in die Arzneimittelentwicklung integrieren

INHALTSVERZEICHNIS:

1. Die versteckten Umweltkosten der Medizin
2. Grüne Chemie: Mehr als eine Umweltinitiative
3. Warum die Arzneimittelentwicklung eine grüne Revolution braucht
4. Nachhaltigkeit messen: Die wichtigen grünen Kennzahlen
5. Grüne Chemie im gesamten Lebenszyklus der Arzneimittelentwicklung verankern
6. Technologien, die nachhaltige Arzneimittelentwicklung beschleunigen
7. Erfolgsbeispiele aus der Praxis in der Grünen Chemie
8. Regulatorische Dynamik und Selbstverpflichtungen der Branche
9. Herausforderungen auf dem Weg zur nachhaltigen Pharmaindustrie
10. Die Zukunft der grünen Arzneimittelentwicklung
11. Entstehende Trends
12. So wird Erfolg aussehen
13. Fazit
14. Häufig gestellte Fragen

Die versteckten Umweltkosten der Medizin

Das Gesundheitswesen rettet jedes Jahr Millionen von Menschenleben, aber seine negativen Auswirkungen auf die Umwelt werden oft übersehen.

Statistiken, die auf verschiedenen Plattformen veröffentlicht wurden, offenbaren die ernste Realität:

1. Für jedes kg hergestellten Arzneimittels erzeugt die Pharmafertigung etwa 200 kg Abfall, wobei ein großer Teil davon gefährlich ist.
2. Pro Dollar Umsatz emittieren Fertigungsbetriebe etwa 55 % mehr Treibhausgase als die Automobilindustrie – eine Branche, die stark auf fossile Brennstoffe setzt.
3. 1052 Flussstandorte, die in 104 Ländern getestet wurden, enthalten pharmakologische Kontaminanten

Und das ist nur ein Teil des Problems.

Der hohe Energie- und Wasserverbrauch, der unvermeidliche Einsatz nicht recyclingfähiger Verpackungsmaterialien und komplexe Lieferketten für die Rohstoffbeschaffung in der Pharmafertigung erschöpfen nützliche Ressourcen und tragen erheblich zur Umweltbilanz bei.

Dies stellt eines der größten Paradoxe des Gesundheitssystems dar – das System, das Leben rettet, bedroht auch die Umwelt, die diese Leben erhält.

Die Frage lautet dann – ist Umweltschaden ein unvermeidbarer Kompromiss für bessere Gesundheit?

Die Branche führt kontinuierlich Prozesse ein, die zu nachhaltiger Innovation und zur Reduzierung der versteckten Umweltkosten der Medizin führen. Grüne Chemie ist eine der wirkungsvollsten Initiativen, die diese Entwicklung vorantreibt.

Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Aspekte der Grünen Chemie, ihre Umsetzung in der pharmazeutischen Fertigung und ihren Einfluss auf die Definition der Zukunft einer nachhaltigen Arzneimittelentwicklung.

Grüne Chemie: Mehr als eine Umweltinitiative

Grüne Chemie wird von der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) definiert als das Design chemischer Produkte oder Prozesse, die die Verwendung oder Erzeugung gefährlicher Stoffe reduzieren oder eliminieren. Sie konzentriert sich auf das Management von Verschmutzung und deren Verhütung auf molekularer Ebene, was die Grundlage der 12 Prinzipien der Grünen Chemie bildet.

Die Pharmafertigung gehört zu den umweltbelastendsten Industrien aufgrund der toxischen Chemikalien und aggressiven Reaktionsbedingungen, die für die Arzneimittelentwicklung erforderlich sind. Die Prinzipien der Grünen Chemie werden daher für die Pharmaindustrie besonders relevant.

Über eine Umwelt-Nachhaltigkeitsinitiative hinaus hat sich die Grüne Chemie auch als strategische Notwendigkeit für die langfristige Erhaltung des Pharma-Geschäfts erwiesen. Zu den geschäftlichen Vorteilen ökologischer Verantwortung für Unternehmen gehören:

1. Bessere Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter
2. Niedrigere Betriebskosten
3. Einhaltung behördlicher Vorgaben zum Umweltschutz 
4. Aufmerksamkeit institutioneller Investoren und bessere Fertigungskapitalien 
5. Starker Ruf auf dem Markt und Verbrauchervertrauen

Dieses Gleichgewicht zwischen Umweltschutz und Unternehmenswert macht Green Chemistry zur Grundlage der Green Revolution, die die Branche derzeit erlebt.

Warum die Wirkstoffentwicklung eine Green Revolution braucht

Green Chemistry hat für die Pharmaindustrie besonders großen Einfluss, da in der Wirkstoffentwicklung von Natur aus in großem Umfang gefährliche Substanzen erforderlich sind.

Die Wirkstoffentwicklung ist ein komplexer Prozess, der folgendes umfasst:

1. Mehrstufige Synthese komplexer APIs
2. Schutz‑ und Entschutzschritte, um das wirksame Isomer des API zu erhalten
3. Große Überschüsse toxischer Reagenzien für die Synthese
4. Enorme Mengen an Lösungsmitteln während der Synthese und Reinigung von Verbindungen
5. Entzündbare oder hochreaktive Zwischenprodukte
6. Aggressive Reaktionsbedingungen wie kryogene Temperaturen oder Reaktionen unter hohem Druck
7. Energieintensive Apparaturen, die Stunden oder sogar Tage laufen können

All dies erzeugt schädliche Abfälle in Form von gefährlichen Nebenprodukten, toxischen Lösungsmitteln und ihren Dämpfen, CO2‑Emissionen, API‑Rückständen in Abfällen oder unverstoffwechselten Arzneimitteln in Patientenexkrementen usw. Darüber hinaus ist die Wirkstoffentwicklung selbst ein komplexer, gut strukturierter Prozess, der mehr als 10–15 Jahre und Investitionen in Milliardenhöhe beanspruchen kann und sich über mehrere Entwicklungsphasen erstreckt. Ein einzelner ineffizienter, nicht konformer Schritt kann zu enormen Umsatzeinbußen sowie zum Verlust des Patientenvertrauens und der hart erarbeiteten Marktglaubwürdigkeit des Unternehmens führen.

Diese ökologischen und wirtschaftlichen Folgen der pharmazeutischen Herstellung machen die Anwendung grüner Prinzipien unverzichtbar und erfordern eine massive Transformation der Branche hin zu nachhaltigen, grüneren Strategien für die Wirkstoffentwicklung. Die Green Revolution ist dringend erforderlich und wird die Zukunft der pharmazeutischen Innovation und Herstellung prägen.

Nachhaltigkeit messen: Die wichtigen Green‑Metriken

Ein entscheidender Aspekt der Nachhaltigkeit durch die Green Revolution in der Pharmaindustrie besteht nicht nur darin, sich der Intensität des bestehenden Schadens bewusst zu sein, sondern die Schritte zu identifizieren, die reformiert werden müssen, das Ausmaß des verursachten Schadens zu messen und dann Strategien zu entwickeln, um diesen Schaden zu verhindern. Jede Strategie ohne Handlung ist nur eine Behauptung; quantifizierbare Metriken liefern den Nachweis für diese Maßnahmen.

Reinheit und Ausbeute werden konsequent zum Vergleich der Prozesseffizienz und Produktqualität verwendet, während die Metriken der Green Chemistry ein direktes Maß für die Nachhaltigkeit in der pharmazeutischen Herstellung darstellen.

Diese Metriken bieten einen standardisierten Benchmark, der über verschiedene Entwicklungsphasen hinweg gemessen und verfolgt werden kann. Sie ermöglichen es Unternehmen, die Quellen der Abfallerzeugung, Kostenineffizienz und Ressourcenverknappung zu identifizieren oder vorherzusagen. Diese Messungen unterstützen evidenzbasierte Entscheidungen und werden zu den Leistungsindikatoren in der pharmazeutischen Herstellung.

Green Chemistry im gesamten Wirkstoffentwicklungs-Lifecycle verankern

Der Lebenszyklus eines Arzneimittels vom Molekül bis zum Medikament erstreckt sich über mehrere Entwicklungsphasen. Jede Phase erfordert erhebliche Ressourcen, verursacht Betriebskosten, erzeugt Abfälle und trägt zum ökologischen Fußabdruck des Arzneimittels bei. Daher ist es entscheidend, Green Chemistry‑Prinzipien von Anfang an in die Wirkstoffentwicklung einzubetten.

Verschiedene Phasen der Wirkstoffentwicklungspipeline erfordern unterschiedliche Green‑Chemistry‑Interventionen:

1) Wirkstoffforschung und Lead‑Optimierung – Dies ist die Phase, in der Wirkstoffkandidaten (potenzielle therapeutische Wirkstoffe) identifiziert und entworfen werden. Die Wirksamkeit und der ökologische Fußabdruck des Endprodukts hängen von den ausgewählten Leads und den in dieser Phase getroffenen Entscheidungen ab, wodurch es unvermeidlich wird, von Anfang an grünere Optionen zu wählen. Dies geschieht durch:

1. Auswahl von Molekülen, die in weniger Schritten ohne Schutzgruppen und mit Reaktionen mit geringer Atomökonomie synthetisiert werden können
2. Bewertung der Wirksamkeit vorhandener Gerüste und Entwicklung von Wegen, auf ihnen aufzubauen, anstatt an einem völlig neuen Satz von Molekülen zu arbeiten

2) Routenfindung und Prozessforschung – Prozesschemiker entwerfen, optimieren und skalieren die Syntheseroute für den identifizierten Kandidaten. Werkzeuge wie PMI und SI helfen Wissenschaftlern, Abfälle vorherzusagen und Methoden zu entwickeln, um diese zu minimieren. Die Strategien umfassen die Auswahl von:

1. Syntheserouten mit Katalysatoren
2. Reaktionen mit keinem oder minimalem Lösungsmittelbedarf
3. Nicht‑toxische oder weniger gefährliche Reagenzien
4. Prozesse, die wenig Energie benötigen und unter Umgebungsbedingungen ablaufen
5. Erneuerbare Rohstoffe, wo möglich
6. Synthesen mit weniger Schritten und weniger Schutz‑/Entschutzreaktionen

3) Klinische Herstellung – In dieser Phase skalieren Chemiker die Synthese für klinische Studien und optimieren für niedrigen PMI und E‑Factor. Pilot‑ oder Kilo‑Skalensynthesen vergrößern sowohl die Risiken als auch die mit ihnen verbundenen Abfälle. Daher ist es notwendig sicherzustellen:

1. Maximale Ausbeute in jedem Produktionsschritt
2. Qualitätskontrolle in jedem Schritt zur Aufrechterhaltung der Datenintegrität in Übereinstimmung mit den regulatorischen Anforderungen
3. Kontrollierter Wasserverbrauch und -verschwendung
4. Netzwerke zur Lösungsmittelrückgewinnung, um Lösungsmittel wiederzuverwenden statt sie zu entsorgen
5. Systematische Entsorgung gefährlicher Abfälle

4) Kommerzielle Herstellung – Für die Massenproduktion von Arzneimitteln werden Wirtschaftlichkeit und effizientes Abfallmanagement entscheidend. Grüne Verfahren, die eine hohe CO2-Intensität durch Treibhausgasemissionen, AMR durch die Freisetzung von API in die Umwelt oder einen hohen Wasserfußabdruck mindern, werden streng überwacht und optimiert. Dies umfasst:

1. Echtzeitüberwachung der Produktionsprozesse
2. Kontinuierliche Flussreaktoren, die den Energieverbrauch und das Lösungsmittelvolumen reduzieren und gleichzeitig die Sicherheit verbessern
3. Umwandlung von Nebenprodukten in wiederverwendbare Materialien
4. Management der Lieferkette und Entsorgung 

Technologien zur Beschleunigung nachhaltiger Arzneimittelentwicklung

Fortgeschrittene chemische und digitale Technologien werden aktiv eingesetzt, um die Arzneimittelentwicklung und -gestaltung zu beschleunigen und dabei die Wirksamkeit zu maximieren und gleichzeitig die Abfallerzeugung zu reduzieren. Sie ermöglichen es Unternehmen, Green Chemistry-Kennzahlen bereits in den frühen Entwicklungsphasen zu integrieren und zu optimieren. Einige dieser Technologien sind folgende:

1. Biokatalysatoren – Reaktionen, die von Enzymen statt von toxischen Reagenzien angetrieben werden, sind hochselektiv, erfordern Umgebungstemperatur und -druck und werden in wässrigem Medium durchgeführt, wodurch gefährliche Nebenprodukte und der Energieverbrauch erheblich reduziert werden.
2. Durchflusschemie – Chemikalien fließen kontinuierlich durch enge Röhren, statt in großen Reaktoren vermischt zu werden, was einen effizienten Wärme- und Stofftransport ermöglicht, bessere Durchmischung schafft und den Lösungsmittelverbrauch reduziert. Dies verbessert wiederum Ausbeute und Selektivität der Reaktion und erzeugt geringere Abfallmengen.
3. Kontinuierliche Herstellung – Mehrere Herstellungsstufen wie Reaktion und Reinigung werden in einer einzigen Produktionslinie integriert, statt jeweils einen Schritt nach dem anderen abzuschließen. Dies reduziert Energieverbrauch, Lösungsmittelbedarf sowie CO2- und Wasserfußabdruck erheblich.
4. KI und digitale Werkzeuge – Computergestützte Werkzeuge in der Wirkstoffsuche und Routenplanung verkürzen die Zeit zur Entdeckung wirksamer und potenziell therapeutischer Kandidaten erheblich. Sie werden verwendet, um mehrere verfügbare Syntheserouten zu analysieren und Routen mit niedrigerer Atomeffizienz, weniger Schritten sowie ungiftigen Reagenzien und Nebenprodukten vorherzusagen, wodurch eine Optimierung der Green-Metriken bereits bei der Molekülauswahl möglich wird. Life Cycle Assessment (LCA)-Simulationswerkzeuge prognostizieren die Umweltauswirkungen von Prozessen, bevor die Synthese beginnt.
5. Grüne Lösungsmittel und Lösungsmittelrückgewinnung – Lösungsmittel machen über 50% der Gesamtmasse der verwendeten Rohstoffe und über 70% der in der Pharmaherstellung erzeugten Abfallmasse aus. Werkzeuge wie der CHEM21 Guide for Solvent Selection von ACS schlagen vor, toxische Lösungsmittel (wie DCM, THF oder DMF) durch sicherere Alternativen (wie Wasser, Ethanol oder 2MeTHF) zu ersetzen, und bewerten die Umweltauswirkungen der verwendeten Lösungsmittel.

Green Chemistry gestaltet das Molekül neu, aber die Produktionsstätte selbst braucht ebenfalls eine Überholung. Sehen Sie sich die grünen Fertigungstechnologien an, die Emissionen und Abfall in großem Maßstab reduzieren.

→ Lesen: Grüne Herstellung & Umweltschutz in der Pharmaindustrie

Erfolgsbeispiele aus der Praxis in Grüner Chemie

Pharmaunternehmen, die die grünen Prinzipien erfolgreich übernommen haben, verzeichneten im Laufe der Jahre erhebliche Verbesserungen bei Produktivität, Produktionskosten und Abfallreduzierung. Sie sind Beispiele dafür, wie ökologische Nachhaltigkeit und Prozesseffizienz Hand in Hand gehen und nicht zulasten des jeweils anderen erreicht werden müssen. Erwähnenswert sind unter anderem die Beispiele für Pfizer’s Sertraline, Merck’s & Codexis’ Sitagliptin und Merck's Linker für sein Antibody-Drug Conjugate (ADC)-Medikament Sacituzumab Tirummotecan.

Pfizer — Sertralin-Prozessneugestaltung

Die kommerzielle Produktion von Sertralin (API von Zoloft - einem häufig verwendeten Antidepressivum) erzeugte jedes Jahr über 453 Tonnen gefährliches Titandioxid-Nebenprodukt, das spezielle Entsorgungsverfahren erforderte und zusätzliche Kosten für das Abfallmanagement verursachte.

Pfizer gestaltete den Prozess neu, kombinierte die 3 Syntheseschritte zu einem einzigen Schritt und ersetzte toxische Lösungsmittel durch Ethanol.

Der neugestaltete Prozess führte zu:

1. Reduktion gefährlicher Abfälle um ungefähr 1,8 Millionen Pfund
2. Zehnfache Verringerung der Lösungsmittelabfälle von 60.000 Gallonen Lösungsmittel pro Tonne API auf 6.000 Gallonen
3. Verdopplung der Produktionsausbeute
4. Einsparung bei den Rohstoffkosten um 20–60%

Die Initiative brachte Pfizer 2002 den Presidential Green Chemistry Challenge Award der US EPA für Alternative Synthetic Pathways ein.

Merck & Codexis — biokatalytische Synthese von Sitagliptin

Die Synthese von Sitagliptin (dem API von Januvia – einem Typ-2-Diabetes-Medikament) erforderte Hydrierung unter hohem Druck, einen teuren Rhodiummetallkatalysator und einen zusätzlichen Schritt zur Reinigung des aktiven Enantiomers des Produkts – alles ressourcenintensive Prozesse, die den Grundsätzen der Green Chemistry widersprachen.

Merck entwickelte in Zusammenarbeit mit Codexis ein neues kundenspezifisches Enzym, um die Synthese durch eine biokatalytische zu ersetzen, und optimierte das Enzym schließlich, um eine 25.000-fach bessere Aktivität des Biokatalysators zu erreichen.

Die beobachteten Ergebnisse waren:

1. Metallkatalysatoren und zusätzlicher chiraler Reinigungs‑/Aufreinigungsschritt wurden vollständig weggelassen
2. 19% Reduktion der Abfälle
3. 56% Steigerung der Produktivität
4. 10–13% Steigerung der Ausbeute der Gesamtsynthese
5. Bedeutende Verringerung der Material‑ und Geräte‑kosten

Das Enzym‑Engineering wurde in Science, 2010 veröffentlicht und brachte den Unternehmen den US EPA „2010 Greener Reaction Conditions Award“ ein.

Mercks Antikörper‑Wirkstoff‑Konjugat (ADC) Linker

Die 20‑stufige Synthese eines Linkers für sein ADC‑Medikament Sacituzumab Tirumotecan stellte für Merck ein schwerwiegendes Nadelöhr dar, insbesondere bei der Endreinigung des Produkts, die die Produktion auf weniger als 100 g pro Monat begrenzte und rund um die Uhr den Einsatz einer energieintensiven chromatographischen Einrichtung erforderte.

Das Team bei Merck überarbeitete die Synthese unter Verwendung eines natürlich verfügbaren Ausgangsmaterials und reduzierte 7 gefährliche Syntheseschritte auf nur 3, wodurch der Prozess gleichzeitig skalierbar und nachhaltig wurde.

Das Ergebnis davon war:

1. 75% Reduktion des PMI
2. Das energieintensive chromatographische Nadelöhr wurde eliminiert
3. Vermeidung des Einsatzes toxischer Substanzen durch die 4 gefährlichen Syntheseschritte

Die neu gestaltete Route brachte Merck den „2025 Peter J.Dunn Award for Green Chemistry and Engineering Impact“ des ACS GCI Pharmaceutical Roundtable ein.

Regulatorischer Schwung und Verpflichtungen der Branche

Die Pharmaindustrie, Regulierungsbehörden und Investoren sind die drei Säulen, die die ökologische Nachhaltigkeit in der Arzneimittelentwicklung vorantreiben.

Regulatorische Treiber

Die Umweltschutzbehörden überwachen die bei der Herstellung entstehenden Schadstoffe, und die Arzneimittel‑Regulierungsbehörden stellen sicher, dass die Herstellungspraktiken sowohl den Umwelt‑ als auch den Patientenschutzanforderungen entsprechen.

Die US EPA ist die älteste pharma‑spezifische Umweltbehörde, die insbesondere die Ableitung von Pharmaabwässern reguliert. Weitere Behörden, die Leitlinien zur Umweltbewahrung, zum Umgang mit Gefahrstoffen und zu API‑Rückständen in Abfällen formulieren und deren Einhaltung überwachen, sind die Europäische Kommission und die European Chemicals Agency (ECHA) in Europa sowie die Central and State Pollution Control Boards (CPCB und SPCB) in Indien.

Die US FDA, die European Medicines Agency (EMA) und die Central Drugs Standard Control Organization (CDSCO) in Indien bewerten die Umweltauswirkungen der Arzneimittelentwicklung und sorgen dafür, dass die Umwelt geschützt wird, ohne die Wirksamkeit oder Sicherheit der Medikamente zu beeinträchtigen.

Einige jüngste regulatorische Entwicklungen weltweit umfassen:

1. EU-Richtlinie über städtische Abwässer (2025): Führte zusätzliche Leitlinien für die Abwasserbehandlung zur Entfernung pharmazeutischer Mikro‑Schadstoffe ein und legt fest, dass die schadstoffverursachenden Unternehmen den Großteil der Kosten für das Management tragen müssen.
2. WHO-Leitlinie (2025): Veröffentlicht die erste Leitlinie zum Abfall- und Abwassermanagement in der pharmazeutischen Herstellung mit Schwerpunkt auf Antibiotikaproduktion.
3. Die EMA‑Leitlinien und das EU‑Paket (2024–2025): Die aktualisierten Leitlinien zur Environmental Risk Assessment (ERA) wurden 2024 von der EMA veröffentlicht. Das EU Pharma Package schrieb die Einbindung der ERA‑Leitlinien im gesamten Arzneimittelentwicklungszyklus vor und schlug eine Überprüfung der vor der ERA‑Leitlinien zugelassenen Produkte vor.
4. Ministry of Environment, Forest and Climate Change (MoEFCC) Draft Rules (2020): Schlug die rechtliche Durchsetzung von Antibiotika‑Grenzwerten in Abwässern von Pharmaherstellern im Rahmen der Environment (Protection) Amendment Rules vor, die Leitlinien sind jedoch noch nicht finalisiert.

Verpflichtungen der Branche

Die Pharmaunternehmen weltweit übernehmen aktiv Green Chemistry und stellen auf umweltfreundliche und nachhaltige Fertigungspraktiken um. Einige bemerkenswerte Initiativen von Unternehmen weltweit sind wie folgt:

1. 18 Large‑Cap‑Pharmaunternehmen (einschließlich Merck, AstraZeneca, GSK, AbbVie, J&J, Roche, Pfizer, Novartis und Sanofi) haben sich verpflichtet, Emissionen zu reduzieren oder Net‑Zero‑Ziele zu erreichen, und berichten seit 2019 öffentlich über ihre Emissionen.
2. Im Jahr 2025 meldete Novartis eine 75%ige Reduktion der Kohlenstoffemissionen, 100% Nutzung erneuerbarer Elektrizität und eine 59%ige Reduktion des Wasserverbrauchs seit 2016.
3. Dr. Reddy’s Laboratories begann vor zwei Jahrzehnten mit seiner ersten Zero Liquid Effluent Discharge (ZLED) Anlage und verfügt nun über ZLD in all seinen API‑Fertigungsanlagen in Indien, wodurch 100% Abwasserbehandlung und -recycling sichergestellt sind. Das Unternehmen meldete zudem keinerlei Entsorgung toxischer Abfälle auf Deponien und eine Verringerung der Wasserintensität zwischen 2019 und 2022. Es wurde 2023 zu einem „water‑positive“ Unternehmen.

Investorensicht

Mit der verpflichtenden Einführung von Umweltschutzbestimmungen und der Einhaltung von Green Chemistry sowie der aktiven Umsetzung grüner Prinzipien durch Unternehmen beurteilen Investoren inzwischen Umwelt‑ und Nachhaltigkeitsmaßnahmen bei ihrer Kapitalallokation und Investitionsentscheidung.

1. Die Access to Medicine Foundation aus den Niederlanden entwickelte einen Index, der Pharmaunternehmen nach ihren Umwelt-, Sozial‑ und Governance‑(ESG)‑Praktiken bewertet. Der Index wird von großen institutionellen Investoren weltweit genutzt, um auf Grundlage der ESG‑Leistung fundierte Investitionsentscheidungen zu treffen.
2. Ein weiterer vom selben Fonds gestarteter Benchmark verfolgt zudem das AMR‑bezogene Risikomanagement von Pharmaunternehmen. Die AMR‑Verunreinigungen verursachen erhebliche zusätzliche Gesundheitskosten, weshalb Investoren diesen Benchmark zur Unternehmensbewertung heranziehen.

Regulierungsbehörden, Unternehmen und Investoren arbeiten zusammen, um dasselbe Ziel zu erreichen: die Verringerung des ökologischen Fußabdrucks der Arzneimittelentwicklung, während sichere und wirksame Behandlungen für Patienten zugänglich bleiben.

Net‑Zero‑Versprechen sehen in Pressemitteilungen gut aus, aber Scope‑3‑Emissionen zeichnen ein härteres Bild. Hier ist die Lücke zwischen den Klimaversprechen der Pharmaindustrie und der Realität.

→ Lesen: Der Net‑Zero‑Pharma-Mythos: Scope 3 und Nachhaltigkeitslücken

Herausforderungen auf dem Weg zur nachhaltigen Pharmaindustrie

Green Chemistry zielt darauf ab, ökologische Nachhaltigkeit in die Arzneimittelentwicklung zu integrieren und wird von Aufsichtsbehörden, Investoren und Unternehmen weltweit unterstützt. Dennoch bleibt die Umsetzung der Green-Chemistry-Prinzipien begrenzt und stößt bei der praktischen Durchführung auf mehrere Hindernisse.

Eine Branchenumfrage aus dem Jahr 2015 ergab, dass Zeitdruck und regulatorische Risiken zwei wesentliche Hindernisse für die Einführung von Green Chemistry sind. Ähnliche Studien in Indien deuteten darauf hin, dass finanzielle und regulatorische Hürden die bedeutendsten sind.

Während die Mehrheit dieser Herausforderungen durch technologische Fortschritte und aufkommende Trends überwunden werden kann, bleiben einige intrinsisch für die pharmazeutische Herstellung. Der Konflikt zwischen therapeutischer Wirksamkeit und ökologischer Abbaubarkeit stellt eine der bedeutendsten wissenschaftlichen Einschränkungen dar und macht es zu einer grundlegenden Gestaltungsherausforderung in der Arzneimittelentwicklung.

Die Zukunft der grünen Arzneimittelentwicklung

Aufkommende Trends

Obwohl Leitlinien für umweltfreundlichere Verfahren in der pharmazeutischen Produktion bereits in mehreren Entwicklungsphasen weit verbreitet sind, bestärken die neueren Trends in der grünen Arzneimittelentwicklung die Idee, nachhaltige Praktiken in frühere Stadien zu verlagern, anstatt Prozesse erst nach ihrer Etablierung anzupassen.

1. KI-gestützte grüne Syntheserouten - 

KI-Tools werden entwickelt, um synthetische Routen von Grund auf mit einem computerunterstützten retrosynthetischen Ansatz zu entwerfen, anstatt nur die Durchführbarkeit bereits bekannter Verfahren zu bewerten und vorherzusagen; so wird Nachhaltigkeit direkt in das synthetische Design integriert.

AiZynthFinder ist ein 2020 von AstraZeneca entwickeltes KI-Tool, das die Retrosynthese plant und das synthetische Design komplexer Zielmoleküle abbildet, wobei die Chemiker die von der KI vorgeschlagenen Routen dennoch bewerten müssen.

1. Digitale Zwillinge zur Prozessoptimierung - 

Der ökologische Fußabdruck eines Prozesses wird am Computer optimiert, bevor der Prozess in einer Anlage durchgeführt wird, indem ein Abbild des Herstellsystems erstellt wird, das virtuell den Lösungsmittelverbrauch, den Energieeinsatz und die Abfallerzeugung des Prozesses simuliert. Die digitale Optimierung wird zudem vom einzelnen Reaktionsschritt auf die gesamte Produktionsanlage ausgeweitet, wobei anlagenweite Modelle für die Simulation genutzt werden.

Digitale Zwillingsmodelle wurden für die Produktion des Salbutamol-API von akademischen Forschern der Loughborough University in Zusammenarbeit mit Haleon (ehemals Teil von GSK) erstellt.

1. Synthetische Biologie - 

Mikroorganismen werden so gentechnisch verändert, dass sie gewünschte Wirkstoffmoleküle biologisch herstellen und damit die chemische Synthese vollständig ersetzen.

Sanofi hat in Zusammenarbeit mit UC Berkeley und Amyris eine Methode zur Semisynthese von Artemisinin (Antimalariamittel) unter Verwendung gentechnisch veränderter Hefen entwickelt.

1. Kohlenstoffneutrale Produktionsstätten - 

Produktionsstätten werden so geplant, dass sie vollständig mit erneuerbarem Strom betrieben werden und netto-null Emissionen erzeugen.

Roche berichtete 2015 über nahezu 100% Nutzung erneuerbarer Elektrizität in all seinen Anlagen, und AstraZeneca hat seine Scope-1+2-Kohlenstoffemissionen seit 2015 um 98% reduziert mit dem Ziel, 100% kohlenstoffneutrale Betriebsabläufe zu erreichen.

1. Zirkuläre Pharma-Ökosysteme - 

Unternehmen entwerfen Systeme, um Materialien so oft wie möglich zurückzugewinnen, zu recyceln und wiederzuverwenden, anstatt sie nur einmal zu verwenden und den Abfall sofort zu entsorgen.

Dr. Reddy’s Laboratories hat Zero Liquid Discharge (ZLD)-Anlagen entwickelt.

Während sich diese Trends abzeichnen, strebt die Branche an, sie weiterzuentwickeln, um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen und eine umweltfreundlichere Produktion voranzutreiben.

Wie Erfolg aussehen wird

Derzeit werden Green-Chemistry-Prinzipien genutzt, um bereits entwickelte Syntheserouten und Prozesse zu verbessern. Außerdem hängen der Erfolg eines Arzneimittels von Faktoren wie Ausbeute, Reinheit, Sicherheit, Kosten, Wirksamkeit und behördlichen Zulassungen ab, während die Green-Chemistry-Kennzahlen weiterhin als unterstützende Nachhaltigkeitsdaten dienen.

Der eigentliche Erfolg von Green Chemistry als nachhaltige Initiative würde die Einbindung der grünen Prinzipien bereits in der Wirkstoffentdeckungsphase bedeuten, wobei Nachhaltigkeit zusammen mit Sicherheit von Beginn an das entscheidende Bewertungskriterium der Arzneimittelentwicklung ist. Dies würde den Unternehmen nicht nur ermöglichen, die derzeit bestehenden regulatorischen, finanziellen und zeitlichen Hürden erheblich zu überwinden, sondern auch Nachhaltigkeit effizient in die Arzneimittelentwicklung zu integrieren.

Fazit

Jedes einzelne Arzneimittel wird mit dem Ziel entwickelt, den Patienten eine sichere und wirksame Behandlung zu bieten, bleibt jedoch mit versteckten Umweltkosten verbunden. Green Chemistry ist eine transformative Initiative, die ökologische Verantwortung effizient mit der Chemie verbindet. Sie hat sich als strategischer Treiber sowohl für ökologische als auch wirtschaftliche Nachhaltigkeit in der Pharmaindustrie etabliert, wobei grüne Kennzahlen die Werkzeuge zur Messung dieser Nachhaltigkeit sind. Die kollaborativen Anstrengungen von Aufsichtsbehörden, Unternehmen und Investoren katalysieren die „grüne Revolution in der Pharmaindustrie“. Während technologische Fortschritte und aufkommende Trends in der Arzneimittelentwicklung der Branche helfen, eine umweltfreundlichere Produktion voranzutreiben, sind bestimmte Hindernisse im Arzneimittelentwicklungsprozess selbst verankert. Ein Arzneimittel zu entwerfen, das therapeutisch stabil und gleichzeitig ökologisch abbaubar ist, bleibt eine Einschränkung, während sich die Herangehensweise der Branche an deren Lösung weiterentwickelt. Wenn die Branche in Richtung nachhaltiger Arzneimittelentwicklung voranschreitet, wird Green Chemistry künftig im Kern der Entscheidungsfindung für die pharmazeutische Herstellung stehen.

FAQs

Q1. Warum sind die Prinzipien der Green Chemistry für die pharmazeutische Herstellung wichtig?

Ans. Die Prinzipien bieten eine strukturierte Anleitung zur Verringerung von Abfällen, zur Reduktion gefährlicher Substanzen und zur Minimierung des Ressourcenverbrauchs bereits in der Entwurfsphase von Wirkstoffen. Dadurch wird der ökologische Fußabdruck der Arzneimittelentwicklung reduziert, gleichzeitig die Sicherheit und Effizienz des Wirkstoffdesigns verbessert und das kommerzielle Wachstum gefördert.

Q2. Wer ist der Begründer von Green Chemistry und wer sind derzeit führende Persönlichkeiten? 

Antwort. Paul Anastas und John Warner begründeten Green Chemistry im Jahr 1998 und veröffentlichten das Buch Grüne Chemie: Theorie und Praxis. Anastas wird gemeinhin „The Father of Green Chemistry“ genannt. Organisationen wie das ACS Green Chemistry Institute fördern die Anwendung in der modernen Pharmaindustrie.

F3. Welches häufig verwendete Arzneimittel ist ein Beispiel für Green Chemistry in der Herstellung?

Antwort. Der häufig verwendete Schmerzstiller Ibuprofen, produziert von BHC im Jahr 1992, gewann 1997 den ersten Presidential Green Chemistry Challenge Award der EPA, weil 3 Syntheseschritte eliminiert und die Atomökonomie um 77–79% erhöht wurden.

F4. Welche Stellung nimmt Indien im globalen Green-Chemistry-Wettlauf ein?

Antwort. Indien stellt ein Fünftel der weltweiten Generika her und trägt damit wesentlich zur Umweltbilanz der Arzneimittelentwicklung bei. Gleichzeitig veröffentlichte Indien 2020 den weltweit ersten Entwurf für rechtlich durchsetzbare Grenzwerte für die Antibiotikabelastung in Abwässern, womit es sich als aufstrebender Vorreiter in Green Chemistry positionierte.

F5. Welche Rolle spielen wissenschaftliche Kommunikatoren bei der Förderung einer nachhaltigen Arzneimittelentwicklung?

Antwort. Wissenschaftliche Kommunikatoren ermöglichen eine wirkungsvolle bereichsübergreifende Kommunikation zwischen allen Beteiligten und übersetzen komplexe Kennzahlen und wissenschaftliche Daten für diese. Das fördert die branchenweite Zusammenarbeit und macht wissenschaftliche Forschung einem breiten Publikum zugänglich.