Биопроизводители ищут технологии, которые могут сделать их производственные системы более гибкими и эффективными, и одноразовые технологии могут в этом помочь
Достижения в области одноразовых и мобильных технологий сделали биофармацевтическое производство более гибким и прибыльным. Антитела, белки, вакцины, клеточная терапия и генная терапия — все это примеры молекул, производство которых может осуществляться с выгодой в полностью одноразовых сквозных процессах.
Одноразовые системы помогают снизить общие эксплуатационные расходы за счет сокращения времени, необходимого для проведения очистки и валидации очистки, что снижает затраты на аналитический контроль качества и повышает коэффициент использования предприятия. Они также позволяют производителям проще и быстрее переходить с одного продукта на другой или с одной партии на другую.
Учитывая значительные затраты на разработку и производство биофармацевтических препаратов, биопроизводители ищут технологии, которые могут сделать их производственные системы более гибкими, масштабируемыми и быстрыми во внедрении.
В результате одноразовые технологии превратились в основной подход к достижению производительности. От одноразовых биореакторов и одноразовых хроматографических колонок до полных одноразовых рабочих процессов и биофармацевтических предприятий — компания Cytiva находится на переднем крае инноваций в области одноразовых систем.
Оптимизация управления процессами и автоматизации
Cytiva сотрудничает с Rockwell Automation для оптимизации управления процессами и автоматизации своих биореакторов, производственных линий FlexFactory и модульных чистых помещений на базе транспортных контейнеров, которые компания эксплуатирует по всему миру.
"Биотехнологии и биофармацевтические процессы влияют на жизнь каждого из нас: от удаления лактозы из молока и улучшения вкуса хлеба и сыра до создания вакцин против гриппа, тестов на беременность и средств для лечения диабета. Мы также используем их для разработки белка, который помогает бороться с раком легких, делая раковые клетки мишенью, что позволяет естественным белым кровяным тельцам организма атаковать эти раковые клетки, не нанося вреда здоровой ткани легких", — рассказал Кевин Сивер (Kevin Seaver), генеральный директор подразделения Bioprocess Automation and Bioprocess Digital в компании Cytiva. "По оценкам, к 2022 году биофармацевтические препараты составят около 30 процентов рынка рецептурных лекарств".
Как восходящие (upstream), так и нисходящие (downstream) производственные процессы выигрывают от использования одноразовых систем, особенно когда производители выпускают буферные растворы или среды для культивирования клеток. Более того, биопроцессные приложения включают в себя процессы как с крупными, так и с мелкими молекулами. Таким образом, в то время как традиционные лекарства, такие как Prozac, создаются из молекул, насчитывающих менее 60 атомов, биофармацевтические препараты, такие как инсулин, содержат сотни атомов, моноклональные антитела — более 10 000 атомов, а вакцины против гриппа — более 100 000. Такая сложность делает разработку, а также производство этих новейших биофармацевтических препаратов все более сложными и дорогостоящими.
"Из-за этих расходов предпринимаются попытки разработать более дешевые «биоаналогичные» лекарства. Кроме того, когда патенты истекают, их начинают производить другие производители", — пояснил Сивер. "Другими факторами изменений на биофармацевтическом рынке являются персонализированная медицина, локализованное производство и другие новые технологии".
Сивер добавил, что индустрия сталкивается с проблемами снижения цен, жесткими требованиями к срокам выхода на рынок и необходимостью быстро адаптироваться к меняющимся рыночным требованиям. "Например, клеточная терапия появилась всего четыре-пять лет назад, а сейчас стремительно развиваются генные терапии", — пояснил он. "Тем не менее, поскольку на разработку нового лекарства может уйти семь лет и от 1,2 до 1,7 миллиарда долларов, фармацевтическим производителям необходимо строить свои заводы за четыре-пять лет вперед. Следовательно, если мы сможем внедрить одноразовое биопроцессное предприятие всего за один год или 18 месяцев, это позволит нашим биофармацевтическим производителям отложить решения о запуске производства, что сэкономит деньги и время, а также избавит от множества хлопот".
Сотрудничество приносит пользу
Сивер сообщил, что 30-летнее партнерство Cytiva с Rockwell Automation уже принесло много пользы, однако их последнее сотрудничество по оптимизации биореакторов в линиях FlexFactory, которые могут развертываться в сборных чистых помещениях KUBio на базе транспортных контейнеров, сулит еще больше потенциальных преимуществ.
"Когда мы запускаем типичный биореактор объемом 2000 литров, при каждом запуске партии может потребоваться выполнить 300 соединений, линий и подключений", — пояснил Сивер. "Разработка такого приложения может начинаться с малого, с одного типа управления процессом, но при масштабировании может потребоваться совершенно другой, более дорогой тип управления. Нам нужен был лучший и более стабильный способ масштабирования, и это еще одна причина, почему мы сотрудничаем с Rockwell Automation".
Сивер добавил, что фармацевтическая промышленность теряет около 50 миллиардов долларов в год из-за неэффективного производства, поэтому игроки биофармацевтического рынка пытаются раскрыть изолированные данные, к которым нет доступа, сократить значительное время, затрачиваемое на сбор и очистку данных, и в то же время защититься от киберразведки, вторжений и атак.
"Одна система FlexFactory генерирует около одного терабайта данных в день", — сказал Сивер. "Поэтому нам также необходимо меньше терять эти данные и делать с ними больше".
Выбор правильных технологий
Стратегия Cytiva по решению этих многочисленных задач в своих биофармацевтических приложениях называется Figurate и включает в себя использование автоматизации, гибкости, эффективности и надежности. Сивер добавил, что преимущества автоматизации для биопроцессов включают в себя:
- Оптимизированное время безотказной работы за счет резервирования системы;
- Снижение затрат на обслуживание и обучение благодаря использованию общей среды;
- Оптимизация выхода продукции с помощью централизованного отслеживания тенденций данных и сигнализации; а также
- Снижение регуляторных рисков благодаря проверенным по стандартам GAMP и соответствующим требованиям CFR конструкциям.
"Всякий раз, когда мы нагреваем, перемешиваем, добавляем воздух или иным образом обрабатываем эти партии стоимостью 1–2 миллиона долларов, нам необходимы резервные серверы и резервное питание, которые могут переключиться в случае сбоя одной из систем", — добавил Сивер. "Эти решения также помогают обеспечить единый подход к обучению и снизить регуляторные риски".
Для разработки и внедрения своей программы Figurate, как сообщил Сивер, компания Cytiva задействовала систему управления процессами и программное обеспечение PlantPAx от Rockwell Automation и программное обеспечение Unicorn от GE для автоматизации своего биопроцессного оборудования; сделала свои данные доступными путем их интеграции с применимыми приложениями системы управления производством (MES) и электронными записями о партиях (EBR); а также предоставила к ним доступ через облачные вычислительные услуги.
Линии FlexFactory компании Cytiva включают в себя процессы подготовки сред и буферов, производства клеточных культур, сбора урожая, очистки, вирусного клиренса, стерилизующей фильтрации и приготовления конечной продукции. Все это может быть объединено в модульных чистых помещениях KUBio на базе транспортных контейнеров, и в настоящее время по всему миру работает 63 таких модульных производственных предприятия Cytiva.
«Мы способны поставить FlexFactory внутри KUBio за один год — 18 месяцев, потому что мы можем выполнить все испытания, настройку электроники, предварительную верификацию и предварительную валидацию и подготовить эти установки к работе», — отметил Сивер (Seaver). «Это позволяет нашим производителям корректировать развертывание по мере необходимости».
Сивер добавил, что преимущества программы Figurate также включают увеличение производительности, доступности и эффективности работы производственного персонала на 10–20%, а также сокращение энергопотребления, количества отходов, времени выпуска партии, затрат на техническое обслуживание и расследование простоев на 5–30%.
Чтобы еще прочнее закрепить эти достижения, Сивер сообщил, что Cytiva также работает с Rockwell Automation и PTC над созданием версий этих инструментов с дополненной реальностью (AR). Например, ее операторы могут использовать захват AR-изображений, отображать и манипулировать изображениями, которые быстрее показывают pH, растворенный кислород, углекислый газ, производительность шкафа управления и другие важнейшие параметры. Программное обеспечение PTC Chalk даже позволяет операторам и супервайзерам делать пометки на изображениях, чтобы указывать на детали, требующие внимания.
Опережая кривую инноваций
Билли Сиск (Billy Sisk), менеджер по работе с отраслью наук о жизни в регионе EMEA компании Rockwell Automation, объясняет, что в индустрии биофармацевтического производства наблюдается значительный рост уровня сложности.
Rockwell Automation разработала решения для рынка одноразового оборудования, которые помогают конечным пользователям ускорить вывод продукции на рынок, снизить риски и повысить соответствие нормативным требованиям. Мы делаем это с помощью наших технологий.
В типичной среде с одноразовым оборудованием все строится вокруг EtherNet/IP. Мы внедрили EtherNet/IP как часть решения с одноразовым оборудованием, поскольку это обеспечивает мобильность оборудования и добавление нового и другого оборудования.
Дополненная реальность может кардинально изменить правила игры для биофармацевтических компаний, поскольку она не только улучшает управление персоналом, но также повышает качество, выход продукции и сокращает время выхода на рынок.
Фактически, все больше компаний начинают использовать AR для поддержки операций, выполняемых оператором. Новые достижения в области AR и искусственного интеллекта (ИИ) могут направлять операторов при выполнении последовательности задач, а затем проверять правильность выполнения подключений — и все это с помощью портативного устройства.
Более того, эта верификация может быть сохранена в электронной записи партии (EBR) вместе с подтверждающей графической или видеодокументацией.
