Das Tempo erhöhen — Entwicklung und Produktion von Impfstoffen
GSK, Siemens und Atos arbeiten zusammen, um die Entwicklung und Produktion von Impfstoffen mithilfe eines digitalen Zwillings zu digitalisieren. Das wird die Entwicklungszeiten drastisch verkürzen und eine schnellere Lieferung hochwertiger Impfstoffe ermöglichen.
Digitalisierung der Impfstoff-Wertschöpfungskette zur Optimierung
Derzeit schreitet die Impfstoffentwicklung in der Regel in vielen kleinen Silos voran, von denen jedes bis zu einem gewissen Grad in seiner eigenen Umgebung digitalisiert ist, aber mit wenigen Verbindungen zwischen ihnen. Hier besteht Optimierungspotenzial. In der Lage zu sein, den Prozess als Ganzes zu betrachten und die gesamte Wertschöpfungskette zu digitalisieren, würde eine deutliche Verbesserung bedeuten.
Digitaler Zwilling: Die reale und die digitale Welt in einem geschlossenen Kreislauf
Wir bieten ein innovatives Portfolio an digitalen Unternehmenslösungen — es umfasst das Produktdesign, also die Entwicklung des Impfstoffs und die Herstellung des Wirkstoffs, auch Primärverarbeitung genannt, und die Herstellung des Arzneimittels selbst oder Sekundärverarbeitung. Wir haben mit GSK und ATOS zusammengearbeitet, um ein innovatives Konzept namens Digital Twin zu entwickeln, das die reale und die digitale Welt in einem geschlossenen Kreislauf kombiniert.
Konzentrieren Sie sich bei GSK auf adjuvante Technologien
Als erste Anwendung zum Testen des digitalen Zwillings haben GSK, Siemens und ATOS einen digitalen Machbarkeitsnachweis speziell für die Entwicklung und Herstellung von Zusatztechnologien entwickelt. Adjuvantien sind Impfstoffzusätze, die die Immunantwort verstärken. Dies kann eine wichtige Rolle beim Schutz von Menschen mit einem schwächeren Immunsystem spielen, wie ältere Erwachsene und immundepressive Menschen. Adjuvantien tragen auch dazu bei, das für jede Impfstoffdosis benötigte Antigenvolumen zu reduzieren, sodass bei hoher Nachfrage mehr Impfstoffdosen zur Verfügung stehen.
Starke Software für eine herausfordernde Aufgabe
Für die Simulation musste die „Blackbox“ mit den Partikeln der Hilfsstoffe zuerst dekodiert werden. Unter Verwendung mechanischer Modelle und künstlicher Intelligenz (KI) entwickelten die Partner ein Hybridmodell, um den Prozess zu simulieren und zu überwachen. Somit verknüpft der digitale Zwilling die Prozessparameter mit der Qualität des Adjuvans. Die Sensoren und die Prozessanalysetechnologie (PAT) liefern Informationen, die den Zwilling versorgen, um die Qualität des Produkts vorherzusagen. Jede Abweichung von der optimalen Qualität wird erwartet und der Zwilling wirkt auf die Prozessparameter ein, um die Zielanforderungen zu korrigieren und zu erfüllen. Hier kommen verschiedene Softwarelösungen ins Spiel:
- PAT wird von Simatic SIPAT bereitgestellt, was uneingeschränkte Datentransparenz ab der Produktentwicklung gewährleistet und die korrelierten Daten wieder in den Prozess einspeist.
- Das Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) integriert Hardware, Software und Dienste, ermöglicht den vollständigen Zugriff auf das gesamte digitalisierte Automatisierungssystem und bildet die Grundlage für den Engineering-Prozess, der bei der Implementierung verwendet wird.
- Simulationssoftware wurde bei der Prozessmodellierung und -visualisierung verwendet. Der Prozess wird auch durch maschinelles Lernen unterstützt.
Simulation: rechnergestützte Strömungsdynamik (CFD)
Der Zeitfaktor stellte jedoch eine besondere Herausforderung für die Adjuvanssimulation dar. Da die Partikelsimulation der Adjuvanten sehr rechenintensiv ist, kann der Berechnungsprozess mehrere Stunden dauern. Das ist ein Problem für die Echtzeit-Interaktion zwischen dem digitalen Zwilling und der realen Welt.
Die Projektpartner haben daher den hier abgebildeten Prozess extrahiert und ihn mithilfe von Computational Flow Dynamics (CFD) simuliert. Dadurch konnten sie Simulationsdateien für alle Arten von Fällen im Voraus generieren und speichern. In Kombination mit Daten aus der statistischen Versuchsplanung (DoE) und maschinellem Lernen können sie so die Partikel der Adjuvanten vorhersagen, die bei jeder Änderung kritischer Parameter entstehen. Daher ist das Modell echtzeitfähig.
Digitalisierung: ein schnelleres Tempo für die Entwicklung und Herstellung neuer Impfstoffe
Mit digitalen Zwillingen ist es jetzt möglich, Daten zu sammeln, um genau zu verstehen, was während der Impfstoffherstellung in Echtzeit passiert, was eine Optimierung der Abläufe ermöglicht. Es ermöglicht nicht nur die Überwachung komplexer Prozesse, sondern sagt auch voraus, wie sich Änderungen auf sie auswirken würden.
Kurz gesagt, die Hinwendung zur Digitalisierung hilft, die Dinge bei GSK zu beschleunigen. Im nächsten Schritt möchte GSK mit uns zusammenarbeiten, um seine Vision der Etablierung und Einführung neuer digitaler Zwillinge für den gesamten Impfstoffentwicklungsprozess für neue Impfstoffe zu unterstützen. Somit werden die digitalen Zwillinge von Produkt, Produktion und Performance miteinander verknüpft.
Mai 2021