Het tempo opvoeren - ontwikkeling en productie van vaccins
GSK, Siemens en Atos werken samen om de ontwikkeling en productie van vaccins te digitaliseren met behulp van een digital twin. Dit zal de ontwikkelingstijden drastisch verkorten, wat zorgt voor een snellere levering van vaccins van hoge kwaliteit.
Digitalisering van de waardeketen van vaccins voor optimalisatie
Op dit moment verloopt de ontwikkeling van vaccins doorgaans in veel kleine silo's, die elk tot op zekere hoogte gedigitaliseerd zijn in hun eigen omgeving, maar met weinig onderlinge verbanden. Dit is waar er mogelijkheden zijn voor optimalisatie. De mogelijkheid om het proces als geheel te beschouwen en de hele waardeketen te digitaliseren zou een aanzienlijke verbetering betekenen.
Digital twin: de echte en digitale wereld in een gesloten kringloop
We bieden een innovatief portfolio van Digital Enterprise-oplossingen — het omvat productontwerp, waarbij het vaccin wordt ontwikkeld en het actieve ingrediënt wordt gemaakt, ook wel primaire verwerking genoemd, en de productie van het geneesmiddel zelf, of secundaire verwerking. We hebben samengewerkt met GSK en ATOS om een innovatief concept te ontwikkelen, genaamd digital twin, dat de echte en digitale wereld combineert in een gesloten kringloop.
Focus op adjuvante technologieën bij GSK
Als eerste toepassing om de digital twin te testen, hebben GSK, Siemens en ATOS een proof-of-concept digital twin ontwikkeld, speciaal voor de ontwikkeling en productie van adjuvante technologieën. Adjuvantia zijn vaccinadditieven die de immuunrespons versterken. Dit kan een essentiële rol spelen bij de bescherming van mensen met een zwakker immuunsysteem, zoals oudere volwassenen en mensen met een verzwakt immuunsysteem. Adjuvantia helpen ook om de hoeveelheid antigeen te verminderen die nodig is voor elke dosis vaccin, waardoor er meer vaccindoses kunnen worden toegediend wanneer de vraag groot is.
Sterke software voor een uitdagende taak
Voor de simulatie moest eerst de „zwarte doos” met deeltjes van adjuvans worden gedecodeerd. Met behulp van mechanische modellen en kunstmatige intelligentie (AI) hebben de partners een hybride model ontwikkeld om het proces te simuleren en te monitoren. De digital twin koppelt dus de procesparameters aan de kwaliteit van het adjuvans. De sensoren en procesanalysetechnologie (PAT) leveren informatie die de tweeling helpt om de kwaliteit van het product te voorspellen. Elke afwijking van de optimale kwaliteit wordt verwacht en de combinatie werkt op de procesparameters om te corrigeren en aan de doelvereisten te voldoen. Hier spelen verschillende softwareoplossingen een rol:
- PAT wordt geleverd door Simatic SIPAT, dat zorgt voor onbeperkte gegevenstransparantie, te beginnen met de productontwikkeling, en de gecorreleerde gegevens weer in het proces invoert.
- Het Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) integreert hardware, software en diensten, wat volledige toegang tot het volledige gedigitaliseerde automatiseringssysteem mogelijk maakt en de basis vormt voor het engineeringproces dat bij de implementatie wordt gebruikt.
- Simulatiesoftware werd gebruikt voor procesmodellering en -visualisatie. Het proces wordt ook ondersteund door Machine Learning.
Simulatie: computationele stromingsdynamiek (CFD)
De factor tijd vormde echter een bijzondere uitdaging voor de simulatie van adjuvans. Omdat de deeltjessimulatie van de adjuvantia zeer rekenintensief is, kan het berekeningsproces enkele uren duren. Dat is een probleem voor de realtime interactie tussen de digital twin en de echte wereld.
De projectpartners hebben daarom het hier geïllustreerde proces geëxtraheerd en gesimuleerd met behulp van computational flow dynamics (CFD). Dit stelde hen in staat om vooraf simulatiebestanden te genereren en op te slaan voor allerlei gevallen. In combinatie met gegevens van statistische onderzoeksplanning (DoE) en machine learning kunnen ze zo voorspellen welke deeltjes er bij elke verandering in kritieke parameters zullen ontstaan. Het resultaat is dat het model geschikt is voor realtime.
Digitalisering: een sneller tempo voor de ontwikkeling en productie van nieuwe vaccins
Met digitale tweelingen is het nu mogelijk om gegevens te verzamelen om precies te begrijpen wat er in realtime gebeurt tijdens de productie van vaccins, waardoor de activiteiten kunnen worden geoptimaliseerd. Het maakt het niet alleen mogelijk om complexe processen te volgen, maar ook om te voorspellen hoe veranderingen daarop van invloed zouden zijn.
Kortom, de overstap naar digitalisering helpt bij GSK om de zaken te versnellen. In de volgende stap wil GSK met ons samenwerken om haar visie te ondersteunen om nieuwe digitale tweelingen op te richten en te introduceren voor het hele ontwikkelingsproces van vaccins voor nieuwe vaccins. Zo zullen de digitale tweelingen van product, productie en prestaties met elkaar worden verbonden.
mei 2021