BIOSECURE, Lieferketten, Fachkräfte: Wie Geopolitik die Bioprozesstechnik zur Digitalisierung zwingt

Der Mitte Dezember 2025 in Kraft getretene US BIOSECURE Act zielt darauf ab, diese Abhängigkeit drastisch zu reduzieren, indem er den US-Marktzugang für Arzneimittel begrenzt, die maßgeblich von mit China verbundenen Marktakteuren entwickelt wurden. Bestehende Kooperationen sollen bis 2032 beendet werden, damit für die US-Marktzulassung erforderliche Gelder fließen dürfen.

Der BIOSECURE Act spaltet den bisherigen globalen Bioprocessing-Markt und den ihn antreibenden Biopharma-Markt in zwei Teile. Regulatorisch liegt der Fokus weltweit derzeit auf der Sicherung der lokalen Lieferketten und der Sicherstellung von ausreichend vielen Fachkräften für die zunehmend KI/ML-gestützte Prozessentwicklung. Laut Bioplan Associates liegt die Vakanzrate in dem Bereich derzeit bei rund 35 Prozent.

Der damit einhergehende Aufbau dualer Strukturen führt zu einer Kostenexplosion. Die Bioprozessindustrie versucht diese durch technologische Innovation zu begrenzen, unter anderem durch KI-getriebene Automation der Bioprozessentwicklung, -Kontrolle (PAT) und
-qualitätssicherung, durch Effizienzsteigerungen beim Up- und vor allem Downstreamprocessing, und – langfristig – das Überwinden des Personalengpasses durch Digitale Zwillinge und Physik-informierte Prozessmodellierung (PINN).

Rund 76 Prozent der 1.250 im Rahmen des Cytiva Global Biopharma Index 2025 befragten Entscheider geben an, dass der BIOSECURE Act ihre Sourcing-Strategien fundamental verändert. Bis 2028 erwarten 56 Prozent eine drastische Zunahme der heimischen Produktion biologischer Wirkstoffe in BIOSECURE-kompatiblen Hochlohn-Staaten, um den dominierenden US-Arzneimittelmarkt weiter bedienen zu können.

Westliche Big-Pharma-Unternehmen, die gleichwohl den Tempovorteil Chinas nutzen wollen, um Arzneimittel für andere Länder und Regionen zu entwickeln, kalkulieren für Projekte in China mittlerweile einen Risiko-Aufschlag von 20 bis 30 Prozent ein, um Back-up-Kapazitäten im Westen (Dual-Sourcing) vorzuhalten.

Dabei ist eine Überlappung vor allem in Märkten zu beobachten, in denen China klar Vorreiter bei der Entwicklung ist, wie bei der Optimierung von CAR-T- (> 50% der globalen Pipeline) und ADC-Therapien (42 %). Rund 83 Prozent der Zell- und Gentherapie-Entwickler lagerten 2025 ihre Produktion aus – 2024 produzierten noch gute 30 Prozent inhouse.

Die frühe Entwicklung findet in China statt, zulassungsrelevante Studien in BIOSECURE-kompatiblen Ländern. Dabei stellen Zell- und Gentherapien die Prozesstechnik vor grundlegend andere Herausforderungen als die Massenproduktion von Antikörpern: Deren Chargengrößen sind klein, Prozesse oft patientenindividuell, und die Anforderungen an Sterilität, Rückverfolgbarkeit und Prozesskontrolle extrem hoch. Genau deshalb wächst hier die Abhängigkeit von spezialisierten CDMOs besonders schnell.

Bioplan zufolge machen im Allgemeinen aber Inhouse-Kapazitäten immer noch 65 Prozent der weltweiten Produktionskapazität aus. Allerdings wollen 42 Prozent der Entwickler bis Ende 2027 ihre Produktion zumindest zum Teil an CDMOs ausgliedern. Diesem Trend folgend ist die Nutzung von Single-Use-Ausrüstung bei der kommerziellen Produktion in CDMO-typischen Multi-Produkt-Anlagen auf mehr als 44 Prozent gestiegen. Bei in Säugerzellen produzierten Biologika lag die Outsourcing-Quote bei fast 78 Prozent.

Um die Kosten des teuren Resilienzausbaus zu begrenzen, setzen Bioprozessspezialisten vor allem auf Effizienzsteigerungen:

• Bioplan Associates berichtet über ein Budgetwachstum von Upstream- und Downstream-Effizienztools von 5,6 und 5,5 Prozent.
• Downstream Processing: Die Aufreinigung der marktdominierenden Antikörper und Antikörperkonstrukte verursacht 50 bis 70 Prozent der Prozesskosten. Da verfügbare GMP-gerechte Aufreinigungsverfahren am Limit arbeiten, planen laut BioPlan Associates 34 Prozent der Unternehmen Investitionen im laufenden Jahr in die kontinuierliche Chromatographie. Zusammen mit Membranfiltration ist dies der entscheidende Hebel, um den hohen Output moderner mAb-Prozesse wirtschaftlich zu bewältigen.
• Zwar testen 46,5 Prozent der durch Bioplan Befragten aus der Bioprozess-Industrie aus Nachhaltigkeits- und Effizienzgründen das Continuous Bioprocessing in Single-Use-Systemen aus biobasierten Kunststoffen, vor allem CDMOs. Doch bleibt die Adoptionsrate mit 10 bis 15 Prozent niedrig, weil die in kontaminationssicherem Single-Use-Equipment durchgeführten Fed-Batch-Prozesse etabliert und um rund 20 Prozent kostengünstiger sind. Zusätzlich wirkt der extrem hohe Validierungsaufwand abschreckend. Nach Bioplan-Umfragen ist dennoch Bewegung im Markt, denn 39 Prozent der Entscheider geben an, 2026 in das Continuous Downstream-Processing investieren zu wollen. Die Massenproduktion findet wegen Skaleneffekten zwar weiter in Edelstahl-Fermentern statt. Doch gestiegene Betriebs- und Energiekosten sowie Nachhaltigkeitsanforderungen zwingen die Unternehmen zunehmend zu smarteren Lösungen und zum Outsourcing.
• Produktivitätsspitzen:  In diesem Zusammenhang betont Christopher Hwang, Branchenveteran im Bereich des kontinuierlichen Bioprocessings, dass Perfusion zwar von Natur aus komplexer als Fed-Batch, aber keineswegs neu ist, da sie bereits seit den 1990er Jahren kommerziell genutzt wird. „Was sich geändert hat, ist der Grad der Intensivierung. Heute berichten mehrere Gruppen über eine volumetrische Produktivität von mehr als 3 g/l pro Tag, wobei Transcenta/HJB Anfang 2024 bis zu 8 g/l pro Tag nachgewiesen hat“, sagt Hwang. „Bei einem derart hohen Produktivitätsniveau kann ein einzelner 500-Liter-Einweg-Perfusionsbioreaktor, wenn er in ein hybrides kontinuierliches Downstream-Processing integriert wird, jährlich mehr als 700 Kilogramm Wirkstoff erzeugen. Dies ermöglicht es einer relativ kleinen Einweg-Anlage, mit dem Ausstoß wesentlich größerer traditioneller Anlagen gleichzuziehen oder diesen sogar zu übertreffen. Das Ergebnis ist ein Quantensprung in der Wirtschaftlichkeit: deutlich niedrigere CAPEX und COGM, verbesserte operative Flexibilität und die Fähigkeit, für alle Protein-Biologika eine Kapazität nahezu nach dem 'Just-in-time'-Prinzip zu erreichen.“ 
• Nachhaltigkeit & Regulatorik: Dieser Effizienzsprung adressiert auch den zunehmenden regulatorischen Druck in Richtung nachhaltige Produktion. Während Edelstahl-Anlagen enorme Mengen hochgereinigtes Wasser (WFI) verbrauchen, senken hocheffiziente Single-Use-Konzepte den Ressourcenbedarf pro Kilogramm Produkt massiv, auch wenn die Handhabung der Kunststoff-Abfallmengen unter regulatorischem Druck der EU ein zentrales Innovationsthema bleibt. Motiviert sind diese Technologiesprünge inmitten eines notwendigerweise traditionell konservativen Marktumfelds vor allem durch die europäischen Nachhaltigkeitsvorgaben, die sich in diesem Kontext nicht wie auf anderen Gebieten als bürokratisch-bremsend sondern innovationsfördernd auswirken könnten.

Eine ähnlich positive Rolle könnten jüngste regulatorische Vorgaben der EMA vom Februar 2026 hinsichtlich des Einsatzes kausaler physikbasierter Simulationslösungen spielen, die das rein empirische Wet-Lab-Testing sowie Tierversuche und den Materialverbrauch eindämmen sollen, um Resilienz zu gewinnen. Während führende Lieferanten von Ausrüstung Physik-informierte KI-/ML-Modelle (PINNs) bereits Minibioreaktoren für die Prozessentwicklung nutzen, sind Digitale Zwillinge und PINNs – also Simulation statt Empirie – noch nicht in der Bioprozesskontrolle angekommen. Das liegt unter anderem daran, dass FT-IR-Echtzeitsensoren schlichtweg zu teuer sind und deshalb in der Praxis indirekte Methoden angewandt werden, um wichtige Prozessparameter zu schätzen. Laut Bioplan geben aber fast 40 Prozent der Entscheider an, KI-Tools zur Bioprozesskontrolle und Prozessdokumentation zu evaluieren.

In den USA und Europa entwickelte In-silico-Verfahren wie die Physik-informierte Prozessmodellierung (PINN) unterstützen bereits heute in 10 bis 15 Prozent der Fälle digitale Nachbildungen von Bioreaktoren – sogenannten digitalen Zwillinge – bei der Entwicklung von Kontrollstrategien für die Bioprozessentwicklung. Bei der Kontrolle von GMP-Prozessen ist die Adoptionsrate mit 3 bis 5 Prozent bei First-Mover-CDMOs viel geringer. Der potenzielle Effizienzgewinn durch Verkürzung der Prozessentwicklungszeit ist aber wesentlich größer.

• Sartorius nutzt hybride Modelle etwa zur Upstream-Optimierung, also um das Wachstum von Zellkulturen in ihren Ambr® Mini-Bioreaktoren vorherzusagen.
• Cytiva setzt PINNs in der Chromatographie (Downstream) ein, um die Beladung und Elution von Proteinen zu simulieren. Da die physikalischen Gesetze des Stofftransports in der Säule bekannt sind, vermittelt man diese dem neuronalen Netzwerk. Das Ergebnis ist ein digitaler Zwilling, der in Echtzeit berechnet, wann eine Trennsäule gesättigt ist, ohne dass jedes Mal eine manuelle Probe gezogen werden muss.
• Digitale Zwillinge mit PINNs ermöglichen den Einsatz von Standardsensorik und das fehlerfreie Errechnen kritischer Kontrollparameter fast in Echtzeit. Siemens positioniert sich über seine Automatisierungsplattformen (wie SIMIT und PCS 7) als Integrator für hybride Modellierung. Hier kommen PINNs als sogenannte Soft-Sensoren zum Einsatz.
  Der Usecase: In einem Bioreaktor gibt es Parameter, die man nicht direkt messen kann (z. B. die genaue Stoffwechselrate der Zellen im Inneren). PINNs berechnen diese Werte aus vorhandenen Daten wie pH-Wert, gelöstem Sauerstoff und Temperatur, indem sie die zugrundeliegende Thermodynamik berücksichtigen. Das spart die Anschaffung teurer Spektroskopie-Hardware wie die 100.000 US-Dollar teuren FT-IR-Sensoren.

Dass fast 40 Prozent der Entscheider in der traditionell konservativen Bioprozesstechnikbranche diese Technologie testen wollen, zeigt das eigentliche Potenzial:

Dadurch, dass der Prozess in silico und – anders als bei Standard-KI – in den Grenzen des physikalisch Erlaubten modelliert wird, entfällt aufwändiges Wet-Lab-Testing und somit Rohstoff- und Materialverbrauch sowie Personalbedarf durch Automation.

Unter Entscheidern gelten PINN-gesteuerte Digitale Zwillinge daher bereits als Mittel der Wahl, Prozesse effektiver zu skalieren und erfahrungsbasierte Prozessentwicklung durch reproduzierbare Simulation zu ersetzen. Zwar bleiben Inkonsistenzen infolge der biologischen Variabilität von Prozessen und Proteinmikroheterogenitäten eine große Herausforderung. Kostensenkungen erscheinen aber erstmals unabhängig von der chinesischen Brute-Force-Test-Infrastruktur realistisch. Zugleich wird der Bedarf an Fachkräften für die Bioprozessentwicklung reduziert.

Betrachtet man die Integration der weitgehend in Europa entwickelten PINNs entlang der gesamten Bio-Pharma-Wertschöpfungskette haben diese nach Prognose führender Analysehäuser das Potenzial, die klinische Failure Rate von 90 auf 75 Prozent und die Time to Market noch stärker zu reduzieren als Chinas kommerzielle Teststruktur.

Ob sich dadurch womöglich eine neue Rollenverteilung mit wesentlich schnelleren Timelines ergibt, ist momentan noch Spekulation, erscheint aber im Licht der Kopierresistenz solcher Modelle durchaus realistisch.

Große Fortschritte verspricht sich Bioprocessing-Pionier Uwe Gottschalk vom Abbau regulatorischer und sektorinterner Blockaden des Daten-orientierten Bioprocessings: „Der Bioprocessing-Sektor nutzt Daten noch zu selten als strategischen Rohstoff. Erst durch die volle Integration von Automatisierung, KI und vernetzter Analytik lassen sich Entwicklungszeiten signifikant verkürzen, Prozesse robuster gestalten und Kosten im Zuge des Bioprocessing 4.0 senken. Zugleich steht der Sektor vor zentralen Herausforderungen, etwa den hohen Herstellungskosten kurativer Zell- und Gentherapien, die eine breite Anwendung fertigentwickelter Therapien vereitelt. Dies zeigt nicht zuletzt das Beispiel des einst vielversprechenden Pioniers Bluebird Bio. Es braucht hier neue, ergebnisorientierte Lösungsansätze, um die Kosten drastisch zu senken.“