Frigör effektivitet: Utnyttja rätt digitalt verktyg för att bygga upp processkunskap och effektivisera läkemedelsutvecklingen

Av Unjulie Bhanot, Product Marketing Manager, Process Development & Manufacturing, IDBS

Blogg 1 av 3

Under det senaste halvseklet har BioPharma-industrin fokuserat på att samla in data och öka kunskapen om sina terapeutiska produkter - genom att övergå från analoga till digitala format och utöka sitt bibliotek av laboratorieinformatikverktyg. Med tiden har dessa verktyg utvecklats till att gå utöver traditionella metoder med papper och glas och utvidgats till områden som lagerhantering, kalibrering av utrustning eller statistiska analyser - men med liten tonvikt på dokumentation och hantering av processer och parametrar - de faktorer som är ansvariga för att uppnå en högkvalitativ produkt.

Följ med oss i denna serie i tre delar där vi förklarar varför BioPharma-industrin måste skifta fokus till att samla in, hantera och utnyttja parameter- och processdata för att skapa processkunskap och i slutändan optimera läkemedelsutveckling och tekniköverföring.

Boomen inom läkemedelsutveckling

Från och med början av 1900-talet ökade upptäckten av småmolekylära läkemedel, vilket markerades av upptäckten av Aspirin. Och vid mitten av århundradet bevittnade världen en farmaceutisk revolution. Från antibiotika som penicillin och streptomycin till icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel som ibuprofen och diklofenak - varje år kom nya molekyler ut på marknaden.

Under 1975 har en banbrytande rapport utvecklade en metod för att generera stora mängder monoklonala antikroppar med specifika mål. Denna innovation banade väg för det stora antal terapeutiska och diagnostiska monoklonala antikroppar som produceras idag.

Denna revolution inom läkemedelsområdet åtföljdes av striktare riktlinjer från FDA. Efter talidomidskandalen blev Kefauver-Harris Drug Amendment från 1962 tvingade läkemedelstillverkarna att bevisa att deras produkter var effektiva och säkra innan de marknadsfördes. Detta krävde noggrann dokumentation av en produkts kvalitet, säkerhet och effektivitet.

Snart följde utvecklingen av verktyg för laboratorieinformatik för att möta det växande behovet av att hantera experimentella journaler och prover och samtidigt uppfylla de allt högre kraven i lagstiftningen. 1980- och 1990-talen såg introduktionen av grundläggande elektroniska laboratorieanteckningsböcker (ELN) och system för hantering av laboratorieinformation (LIMS). År 1997 offentliggjordes FDA publicerade 21 CFR Part 11, som fastställer standarder för hantering och användning av elektroniska register och signaturer inom läkemedelsindustrin. Dessa förordningar var, och fortsätter att vara, grundläggande för att läkemedelstillverkare ska kunna utnyttja digitala lösningar för att effektivisera forskning, utveckling, tillverkning och validering, vilket säkerställer en säker introduktion av nya läkemedel på marknaden.

Sedan 2000 har FDA godkänt mer än 190 biologiska läkemedel (inklusive monoklonala antikroppar, proteiner och enzymer) och mer än 600 småmolekylära behandlingar (se Nature Review Läkemedelsupptäckt för mer information), och vi fortsätter också att se en ökning av utvecklingen av cell-, virusvektor- och oligonukleotidterapier. Funktionaliteten och egenskaperna hos ELN, LIMS och andra IT-verktyg, t.ex. Laboratory Execution Systems (LES), har också utvecklats för att tillgodose de växande biologiska och tekniska behoven i dagens laboratorier - t.ex. för att integreras direkt med stora automationssystem och instrument för läkemedelsanalys eller för att hantera produktlivscykeln för terapeutiska produkter, men dessa system är fortfarande inte inriktade på att utveckla processkunskap. För närvarande finns det nästan 100 aktiva ELN och över 20 LIMS tillgängliga på marknadoch dessa marknader förväntas växa med över 5,5% och 6.7% respektive under de kommande fem åren.

Digital mognad för snabbare läkemedelsutveckling

Med ökande global konkurrens och en växande efterfrågan på målinriktade, innovativa behandlingar är kortare utvecklings- och tekniköverföringstider avgörande. Patienterna förlitar sig på att de snabbt får tillgång till konsekventa produkter av hög kvalitet, vilket bara kan uppnås genom att läkemedelstillverkarna prioriterar digitalisering och automatisering för att minska riskerna och säkerställa en säker utveckling.

Digital mognad, som mäter hur effektivt en organisation utnyttjar digital teknik, är avgörande för att upprätthålla produkt- och processkunskap under ett läkemedels utvecklingslivscykel - tillsammans med all information som ger mer sammanhang till data, till exempel stödlager, bidragande enhetsoperationer och analysmetoder, utrustningens lämplighet och materialöverföringar mellan team och organisationer.

För att möjliggöra och förbättra den digitala mognaden använder läkemedelstillverkare ofta en komplicerad väv av olika verktyg och system, vilket oundvikligen skapar ineffektiva och felbenägna datasilos. Att använda föråldrade och grundläggande laboratoriesystem kan påverka dataintegriteten, riskera regelefterlevnaden, begränsa samarbetsmöjligheterna och hindra processinsikter.

Om organisationerna inte har möjlighet att utnyttja processkunskapen kan de få problem med att förstå den verkliga inverkan som deras processparametrar, instrument, förbrukningsvaror och processbeslut har på produkten. Trots överlappande funktioner och utökade möjligheter i befintliga IT-verktyg är möjligheten att hantera, övervaka och sömlöst kvalificera parametrar och processer inom samma mjukvaruplattform där experiment och analyser utförs fortfarande outnyttjad.

Vi vet mycket om vår produkt, men hur mycket vet vi egentligen om processen?

Som bransch har vi blivit mycket duktiga på att samla in data och öka vår kunskap om produkten, och befintliga verktyg gör detta möjligt. ELN gör det till exempel möjligt för forskare att registrera experimentella data i ett effektivt format som är lätt att dokumentera och som ersätter den traditionella laboratorieboken i papper. Data tenderar dock att samlas in i ett ostrukturerat format, vilket gör ELN till mer av ett digitalt arkiv eller en kompatibel lagringsplats, än att direkt kunna utnyttja värdet av dessa data.

LIMS-system erbjuder ett annat perspektiv - med primärt fokus på prover och noggrann hantering av provernas resa genom produktens livscykel. Från inloggning till kassering spårar LIMS varje steg på ett korrekt sätt, samtidigt som de erbjuder funktioner för instrumentkalibrering och lagerunderhåll.

Ibland kombineras dessa verktyg med en LES - som en specialiserad version av ett ELN är LES arbetsflödescentrerat och säkerställer att rutinerna är konsekventa under utförandet.

Men för att ett team ska kunna fastställa exakt vilken inverkan en processparameter har eller hur framgångsrik den valda processen är måste de ofta samla in data manuellt från olika källor. Detta beror på att process- eller parameterdetaljer fortfarande kan finnas nedtecknade i pappersprotokoll eller standardrutiner (SOP), eller helt enkelt bara finnas i huvudet på den forskare som är ansvarig för en specifik enhetsoperation. Att spåra och statistiskt analysera hur en enda ingångsparameter påverkar en produkts utbyte eller strukturella uppbyggnad, eller att förstå hur flera parametrar samverkar för att finjustera den övergripande processen, kan vara en tråkig och felbenägen uppgift. Detta sker ofta långt efter att experimentet eller körningen har utförts, vilket leder till förlorad tid och förbrukat material.

Processen med att externt analysera dessa data och sedan återintegrera dem i processen för att genomföra de nödvändiga förändringarna medför risker och förseningar. Sammantaget skapar detta ett betydande hinder för att effektivt utnyttja data för att optimera processen och gör utvecklingen av processkunskap till en utmaning.

Kvalitet och processkunskap går hand i hand

Under hela produktlivscykeln söker biofarmaceutiska organisationer kontinuerligt efter möjligheter att förbättra produktkvaliteten. Sedan inrättandet av principer för kvalitet genom design (QbD) av ICH 2004QbD har blivit den gyllene standarden för processutveckling inom biofarmacibranschen. Kärnelementen i QbD omfattar utvärdering av processprestanda, analys av historiska data och data från försöksplanering (DoE) samt förståelse för hur processer och material påverkar slutprodukten. Denna metod säkerställer att kvaliteten integreras i varje steg av produktens livscykel, med fokus på att identifiera kritiska processteg och parametrar för att bygga upp omfattande processkunskap.

Under processutvecklingsfasen är det primära målet att identifiera kritiska processparametrar som måste övervakas och styras för att garantera leverans av en högkvalitativ produkt. Valet, styrningen och uppdateringen av dessa processer måste dokumenteras noggrant - en uppgift som kan vara besvärlig och felkänslig utan hjälp av digitala verktyg.

Därför är det viktigt för BioPharma-industrin att anta en processfokuserad digital lösning. I dagens snabba värld av vetenskapliga och biologiska framsteg måste branschen effektivt samla in data om sina processer, spåra deras utveckling genom utveckling och förstå hur de översätts till och påverkar tillverkningen. I nästa blogginlägg i denna serie i tre delar dyker vi djupare in i utvecklingen av processparametrar och kvalitetsattribut under processutvecklingen, inverkan på tekniköverföring och potentialen att använda AI/ML för att överskrida processkunskap och utveckla processintelligens.

Läs mer om nästa blogg i serien.

 

Om författaren

Av Unjulie Bhanot, Product Marketing Manager, Process Development & Manufacturing, IDBS

Unjulie Bhanot är Product Marketing Manager för Process Development and Manufacturing på IDBS. Med över 10 års erfarenhet inom biopharmainformatik har hon lett strategin och utvecklingen av IDBS lösningar för bioprocesser och var en viktig del i lanseringen av IDBS Polar till marknaden.

 

 

Referenser:

1. (1975). Hämtad från https://www.nature.com/articles/256495a0
2. S. Food and Drug Administration. (n.d.). Milstolpar i USA:s livsmedels- och läkemedelslagstiftning. Hämtad från https://www.fda.gov/about-fda/fda-history/milestones-us-food-and-drug-law
3. (2022). Hämtad från https://www.nature.com/articles/s41596-021-00645-8
4. S. Food and Drug Administration. (2003). Del 11, elektroniska register; elektroniska signaturer - omfattning och tillämpning. Hämtad från https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/part-11-electronic-records-electronic-signatures-scope-and-application
5. (2022). Hämtad från https://www.nature.com/articles/s41596-021-00645-8
6. Grand View Research. (2023). Marknadsanalys för elektronisk labbanteckningsbok (ELN). Hämtad från https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/electronic-lab-notebook-eln-market
7. Grand View Research. (2023). Marknadsstorlek för hanteringssystem för laboratorieinformation. Hämtad från https://www.grandviewresearch.com/horizon/outlook/laboratory-information-management-system-market-size/global
8. Europeiska läkemedelsmyndigheten. (2017). ICH:s riktlinjer Q8 (R2) för läkemedelsutveckling. Hämtad från https://www.ema.europa.eu/en/documents/scientific-guideline/international-conference-harmonisation-technical-requirements-registration-pharmaceuticals-human-use-considerations-ich-guideline-q8-r2-pharmaceutical-development-step-5_en.pdf