生物加工的未來

想像一下一個研發實驗室，其中 90% 的工作是在工作台上完成的，使用機械建模來通知一組實驗，這些實驗由一個完全連接的、連續的工作台規模的過程執行，需要很少的人工干預。智能流程不斷從實時數據中學習，不僅可以預測最佳狀態，還可以確保系統自動保持在這些狀態內。實驗很快完成，並且切換到下一組實驗的速度也很快。從概念到最終驗證的整個流程開發工作流程可以在短短兩個月內完成。

這是配備生物製藥 4.0 的實驗室的照片——處理、自動化和軟件技術融合的結果將推動生物製藥研發更加高效、互聯，當然還有盈利。生物製藥 4.0 採用了早期的概念舉措，例如質量源於設計 (QbD) 和過程分析技術 (PAT)，並對其進行了擴展，不僅關注範圍狹窄、定義明確的活動，還關注整個生產鏈。

儘管我們在本文開頭參觀的假設實驗室似乎有點遙不可及，但它建立在該領域專家的想法和知識之上，他們實際上正在使 Biopharma 4.0 實驗室成為現實。我們與其中一些專家進行了交談，以了解該行業面臨的挑戰、他們如何應對這些挑戰，以及整個行業的發展勢頭。我們在本文中為您帶來他們的見解。

4.0的挑戰

集體向生物製藥 4.0 邁進的主要驅動力之一是需要逐步提高效率。MilliporeSigma 的 BioContinuum™ 平台負責人 Merrilee Whitney 表示，在當前的市場動態下，使生物製藥公司能夠提高效率的微小變化和改進已不再可接受。

當然，實施 4.0 功能的好處並不是一個新的認識——開發靈活和強大的流程以產生更安全、更好和更實惠的生物製劑的需求已經成為相當長一段時間的目標。但解決整個監管鏈——從藥物發現到商業製造——並非沒有挑戰。

然而，該行業已經正面應對了這些挑戰，部分原因是國家生物製藥創新研究所 (NIIMBL)等組織的誕生，這些組織提供了惠特尼所比擬的急需的綜合聲音成為行業的北極星。取得了重大進展。

4.0的成本

Cytiva 業務發展總監 David Rubin 說，許多以前對採用 Biopharma 4.0 提出挑戰的歷史問題已經得到有效解決。

“網絡安全是一個巨大的問題，但今天，該行業已經開始對其提供安全系統的能力感到更加自在——無論是在本地還是在某種程度上，在雲中，”他說。這種基礎性轉型的成本在歷史上和今天仍然是一個重大問題，但成本正在迅速下降，甚至可能比許多公司意識到的更快。

“許多製造商沒有意識到，儘管有前期資本成本，與 Biopharma 4.0 相關的費用投資回報率可能非常有吸引力，”魯賓解釋道。“我們遇到的公司甚至不考慮必要的技術，認為它們遙不可及。軟件的進一步產品化和創建一個所有數據都可以通過上下文進行存儲的環境將進一步提供幫助。”

Whitney 同意成本正變得不再是一個問題，特別是當公司意識到 4.0 可以被零碎地採用而不是作為一個全有或全無的提議時。

“隨著時間的推移，將會發生演變，從一級（基於紙張和單獨的流程步驟）到第五級（熄燈製造），”她說。“關鍵是解決生物製藥公司今天面臨的挑戰，找出更昂貴的東西——實施一項技術還是不做任何事情？”

4.0的現實

Whitney 和 Rubin 一致認為，技術提供商可以通過提供模塊化、即插即用的解決方案與不斷發展的全自動工作流程無縫集成，從而真正發揮作用。“設備製造商需要將他們的產品想像成藥物開發過程的一部分，儀器內置數據和連接性，而不是數據孤島，”魯賓強調說。“我們不能有孤立的解決方案，”惠特尼補充道，並強調隨著關鍵技術的發展，適應性將是至關重要的。

Whitney 說，這種對整體解決方案的需求推動了 MilliporeSigma 努力幫助其客戶在未來八年內從一級提升到五級。他們通過將其分解為流程開發鏈的三個關鍵領域來實現這一目標：處理技術、自動化和流程分析。解決流程開發各個方面的能力使 MilliporeSigma 能夠在客戶目前處於 4.0 的任何進展階段為他們提供幫助。但影響最大的是 M Lab™ 協作中心，它使研究人員能夠體驗配備 4.0 的實驗室的感覺。

“直到你體驗它，你才能理解它，”惠特尼說。“將數字化和流程整合到一個體驗實驗室中，對我們的科學家來說意義重大。生活在彼此的世界中，並弄清楚將所有這些結合在一起的挑戰是什麼，這將在未來幾年真正得到回報。”

Rubin 的公司 Cytiva 還開發了多種解決方案，以幫助實驗室人員體驗 Biopharma 4.0 的好處並將解決方案引入他們的實驗室。從用於培訓操作員的 VR 解決方案到用於創建模擬的機械建模，Cytiva 正在最大限度地提高速度和效率，這是配備 4.0 的實驗室的兩個關鍵特徵。但是，他們的努力也集中在自動化和數據民主化上，Rubin 的同事、Cytiva 自動化解決方案產品和生命週期管理總監 Chris Sandusky 說。

“我們已經產品化了分佈式控制系統 (DCS) 平台，我們通過 MES 的產品化採用了自動化工作流程，並且我們正在使用 OPC-UA 等行業標準使來自我們儀器的數據民主化，”他解釋道。

Rubin 說，全面實施配備 4.0 的實驗室存在一些突出的挑戰，例如經過驗證的、標準的、預先開發的和經過驗證的製造執行軟件系統。Sandusky 補充說，過程分析儀器目前未被監管機構認可為測試關鍵過程參數的可靠手段，因此需要進一步開發該技術以使美國食品和藥物管理局等機構參與進來。Whitney 認為 NIIMBL 等組織在促進生物技術和監管機構之間的合作方面發揮了關鍵作用，並預計即使是這一挑戰也將在不久的將來得到解決。

未來就是今天

是否採用生物製藥 4.0 技術的問題不再是問題，而是現實。許多療法——主要基於單克隆抗體——已經使用 4.0 技術進入市場。而且，正如惠特尼、魯賓和桑達斯基所見證的那樣，對即將上市的其他模式進行了大量研究。生物製藥 4.0 成為整個生物製藥的現實只是時間問題。完全連接、啟用智能流程、連續處理是將更安全、更好、更實惠的生物製劑推向市場的唯一途徑只是時間問題。

文章作者-Embriette Hyde

Embriette Hyde 博士在人類微生物組方面擁有超過 7 年的研究經驗，她曾與世界各地的科學家談論過這個話題。她之前曾管理過美國腸道項目，為此她在 2016 年被福布斯雜誌評為 30 位 30 歲以下科學工作者之一。她於 2018 年離開學術界，全職擔任科學作家，並涵蓋了生物技術和生命科學空間。她目前是 Biofluent Communications 的管理合夥人，也是一名自由科學作家和研究顧問。您可以在她的個人網頁上查看她的學術和專業作品樣本：drhydenotjekyll.com。