生物製藥 4.0:新舊結合
生物加工的進展往往是通過大的、離散的步驟,然後是數年或數十年的微調來實現的。這種工業進化的“範式”模型與哲學家托馬斯·庫恩 (Thomas Kuhn) 的《科學革命的結構》中的思想相似。例子包括永生化哺乳動物細胞在生物製造、一次性生物加工和聚合酶鏈反應的發現中的使用。這些發展經歷了無數人-年的改進,與起源於基於關鍵相關科學或工程原理的突破性實驗或想法有相似之處。當科學是真實的、有形的和可操作的時候,事情就會發生。
純粹由需求、願望或監管法令產生的範式幾乎沒有得到很好的發展,例如個性化醫療、過程分析技術和質量源於設計。雖然這些目標是非常可取的,並且公司為實現這些目標付出了很多努力,但它們的實現並不均衡。
先進的生物製造——生物製藥 4.0——是一種混合方法,因為它試圖將持續處理、自動化和過程分析等舊技術與數字化、高級數據管理和預測建模等新方法相結合。
從哪兒開始?
對先進或下一代生物工藝生物製藥 4.0 的興趣正趕在即將到來的大流行後繁榮時期達到頂峰。與早期的、狹隘的舉措,例如過程分析或幾乎完全從意識中消失的方法(想到六西格碼)不同,生物製藥 4.0 旨在進行深度改革,有望改變生物製造的各個方面。在許多方面,4.0 包含了幾個與監控、數據和質量相關的早期目標,並試圖將它們與降低製造成本、提高可靠性和質量的目標聯繫在一起。在結構上,生物製藥 4.0 尋求如下所示:
- 分別通過穩態灌注和連續色譜在上游和下游進行連續處理,並在兩套(通常不同且操作上獨立的)單元操作之間進行整合
- 通過閉環反饋控制和大數據管理和分析實現自動化和數字化
- 通過光譜學以及硬傳感器和軟傳感器進行實時監測
- 基於通過細胞培養基設計和使用“數字雙胞胎”(實際過程的虛擬表示)進行監測的預測建模
如果這看起來像是一個籃子,裡面裝滿了我們過去 20 年來從評論家那裡聽到的所有內容,那是因為它確實如此。然而,在當前產品快速批准和先進(即基於細胞和基因的)療法爆炸式增長的背景下,生物加工似乎終於準備好採用其他加工行業早就認為理所當然的經營方式。
問題是從哪裡開始。
“雖然這些不同的創新中有些是相關的,有些甚至是互補的,但沒有特定的順序要求,”歐文科學公司工藝開發研發總監 Tom Fletcher 說。“每個組件都是改進生物過程的一種方式。”
Fletcher 補充說,公司可以根據現有流程的哪些方面最需要改進、根據公司的具體情況最容易實施哪些創新以及哪些選項部署得最快,從而確定這些步驟的優先級。
“如果在投資回報方面只選擇一兩個最簡單或最好的可能性,我會說大數據分析和管理可以通過聘請專家、購買軟件和微調方法來實現。與閉環反饋控制類似,可能僅限於最重要的控制參數。”
二線低懸解決方案包括連續上游灌注培養和細胞培養的預測建模(包括使用數字雙胞胎)。最後,在列表的底部,我們找到了光譜和傳感器、連續下游處理以及上下游連續處理的集成。
令人生畏的轉變
採用 4.0 的新方法或理念能否有所作為?MilliporeSigma 的 BioContinuum™ 平台負責人 Merrilee Whitney 認為,流程和數字技術的融合將是成功的關鍵。BioContinuum 是該公司面向未來的“向生物加工 4.0 的融合進化”產品套件。
但開始這種“數字化轉型”將是艱鉅的,她說,“不僅需要數字技術本身,還需要組織思維和文化的轉變,以推動範式向自動化轉變。”
例如,MilliporeSigma 將其 Bio4C™ 軟件套件描述為“軟件和分析技術的生態系統……幫助客戶充滿信心地進入數字時代。” “我們的平台可幫助客戶快速實施和採用自動化,但不需要大量現有的數字足跡,”惠特尼說。
鑑於生物製藥 4.0 的多個步驟和組件,以及數十種相關的產品或服務選項,公司理所當然地想知道從哪裡開始。
Whitney 表示,在這一點上,實時數據的可訪問性和可見性代表了向生物製藥 4.0 轉型的關鍵成果。“生物製藥製造商擁有來自多個未連接的系統、傳感器和數據庫的大量複雜數據或大數據。對這些數據進行情境化和分析的能力提供了有意義的、可操作的智能數據。”
不情願或膽怯的 4.0 採用者的關鍵詞是靈活性,它允許客戶根據他們的需求逐步採用這些想法,並隨著他們的需求成熟和新的創新可用而擴展軟件。
我們以前聽說過許多這樣的理由,例如關於早期的全行業計劃,如 QbD、PAT 和個性化醫療,這些計劃似乎從未達到與炒作相匹配的採用水平。這次不一樣嗎?
“即使在大流行之前,隨著對降低成本、提高質量和靈活性的需求增加,生物製藥市場趨勢已經發生了顯著變化,”惠特尼說。“為了實現 BioPhorum Operations Group 技術路線圖中概述的目標,需要跨工藝技術進行範式轉變,但在採用 PAT 和數字解決方案方面更是如此。”
生物製藥 4.0 旨在通過整合策略將過去三年生物製造的啟示與新方法結合起來。然而,它的實現依賴於有意義的過程分析、先進的基於數據的控制和優化以及連續處理——所有這些在很長一段時間內都是可能的,儘管已經證明有好處,但還沒有接近普遍採用。由於 4.0 的技術成分需要大量的時間和資源投入,並且考慮到目前上市時間比其他任何事情都更重要,因此在可預見的情況下,許多公司不太可能完全在 4.0 下進行端到端運營未來。
屆時誰知道,也許六西格碼會捲土重來。