Решение проблем стоимости, скорости и гибкости в производстве биопрепаратов
Буркхард Джокш и Стюарт Тиндал
РАССМАТРИВАЕМЫЕ ВИДЫ ПРОДУКЦИИ: все биофармацевтические препараты
РАССМАТРИВАЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ: производство
РЕКОМЕНДУЕТСЯ ДЛЯ ОЗНАКОМЛЕНИЯ: технологам специалистам в сфере производства, аналитикам
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: одноразовое использование, автоматизация, гибкость, модуляризация
УРОВЕНЬ: средний/высокий
С учетом мирового объема продаж биопрепаратов, который в 2017 г. превысил USD 250 млрд, а также на фоне темпов роста рынка на уровне 9,5% в год [1] разработка и производство биопрепаратов остается привлекательным направлением деятельности для биофармацевтических компаний. Вместе с тем сегодня ассортимент этих лекарственных средств расширяется за счет большого количества различных типов биопрепаратов (например, конъюгаты антитело – лекарственное средство, препараты клеточной и генной терапии), процесс производства которых отличается сложными технологическими условиями. Глобальный рынок при этом становится все более конкурентным, поскольку развивающиеся страны стремятся получить
возможность производить биопрепараты и биоаналоги по доступным ценам.
Согласно отчету McKinsey средние затраты на разработку лекарственного препарата (включая стоимость не прошедших испытания продуктов) почти удвоились – с USD 1,18 млрд в 2010 г. до USD 2,18 млрд в 2018 г., тогда как прогнозируемый объем продаж снизился с USD 816 млн в 2010 г. до USD 407 млн в 2018 г. [2]. Стремясь сохранить свою конкурентоспособность в такой быстро меняющейся медицинской среде, биофармацевтические компании находятся в постоянном поиске стратегий по снижению затрат. Один из таких подходов состоит в том, чтобы повысить гибкость производства биопрепаратов и ускорить их вывод на рынок, и в этой связи одним из ключевых факторов является время подготовки производственных мощностей.
BioPhorum Operations Group (BPOG), межотраслевая организация конечных пользователей и поставщиков биофармацевтических препаратов, утверждает, что ответной реакцией биофармацевтической промышленности на описанные тенденции развития бизнеса в следующем десятилетии должно стать сокращение на 90% капитальных (CAPEX) и производственных затрат. Кроме того, промышленность должна на 90% сократить время перехода на выпуск новой продукции с целью оптимизировать свою реакцию на изменчивость спроса и потребности в новых категориях биопрепаратов, а также на 70% сократить время подготовки новых производственных мощностей [3].
Модуляризация в поддержку гибкого производства Неотъемлемой частью стратегии достижения этих масштабных изменений является повышение продуктивности процесса и более эффективное использование производственных мощностей. Традиционно биопрепараты производились преимущественно на промышленных установках из нержавеющей стали, капитальные затраты на сооружение которых составляют от EUR 200 до 500 млн [4]. На объектах такого типа существует риск перекрестной контаминации при обработке различных партий, а стерилизация паром на месте (SIP), очистка на месте (CIP) и валидация процессов очистки требуют значительного времени и ресурсов, что приводит к высоким эксплуатационным затратам (OPEX).
Развитие технологий одноразового использования позволило организовать производство лекарственных препаратов как целиком одноразовый процесс
Кроме того, производственное оборудование из нержавеющей стали предназначено для изготовления определенных типов биопрепаратов, поэтому программы автоматизации являются фиксированными
и режимы их использования лишены гибкости настройки.
Это обстоятельство повлекло за собой переход от нержавеющей стали к более широкому применению технологий одноразового использования. К 2009 г. на биофармацевтических предприятиях начали внедрять типовые операции в одноразовом исполнении, что привело к более активному распространению модуляризации на производственных объектах [5]. Разработаны решения для типовых операций в одноразовом исполнении для сложных этапов биопроцессов, включая приготовление среды, обработку клеточных культур, осветление/удаление клеток, поперечную/тангенциальную поточную и противовирусную фильтрацию. Использование закрытых систем при проведении таких операций обеспечивает большую гибкость и является предпосылкой к созданию большего количества производственных помещений значительной площади по принципу «бального зала» без размещения в них стационарного оборудования и при минимальном разделении самих помещений.
Сообщалось, что для производства моноклональных антител (MAb) в объеме 2000 л преимущества использования модульного оборудования подобного типа в сравнении с традиционной схемой заключаются в увеличении количества выпущенных партий на 42% в год [6], а также в сокращении производственных площадей на 45% и снижении капитальных затрат на 67% [5]. Это обеспечивает снижение стоимости продукции (CoGs) на 23% [6] и 32% [5].
Развитие технологий одноразового использования позволило организовать клиническое производство как целостный одноразовый процесс [7, 8]. Многие крупные биофармацевтические компании, такие как Amgen [9, 10] и WuXi [11], движутся в этом направлении: в Сингапуре и Китае они создали заводы, использующие несколько одноразовых биореакторов объемом 1000 и 2000 л для культивирования в режиме перфузии и периодической подпитки в горизонтально масштабируемой модели при производстве биологических препаратов в необходимых объемах. Как сообщает компания Amgen, применение технологий одноразового использования позволило ей за 15 мес построить и ввести в эксплуатацию завод в Сингапуре, а новое предприятие компании WuXi было готово к эксплуатации в соответствии с действующими стандартами Надлежащей производственной практики (cGMP) по прошествии двух лет – и это значительно более
короткие временные рамки по сравнению со сроком от 4 до 5 лет, который требуется для запуска производственных объектов с конструкцией на основе нержавеющей стали. Кроме того, компания Amgen
заявляет, что ее завод в Сингапуре может поставлять такие же объемы биопрепаратов, что и при традиционном производстве, имеющем на 75% больше производственных площадей [9].
Автоматизация как залог успеха
Гибкое одноразовое производство становится все более популярным в биофармацевтических компаниях благодаря преимуществам модуляризации и гибкости, а также (локальной) автоматизации модульной системы в соответствии с этой концепцией. На первых порах управление модульными системами посредством каких-либо локальных процессов автоматизации не осуществлялось, поэтому датчики и приводы необходимо было подключать к распределенной системе управления (DCS) с помощью простой жесткой проводки.
Внедрение стандартизированных промышленных автоматизированных платформ в интеллектуальные модульные системы обеспечивает более ГИБКИЙ подход к интеграции.
Автоматизация производства биопрепаратов действует сразу на нескольких уровнях, тогда как модульная система имеет свою определенную область применения и должна быть надлежащим образом интегрирована в уровень управления технологическими процессами и в иерархически более высокие уровни (pис. 1).
Цифровая интеграция модульной системы может быть осуществлена с использованием интерфейсов и уровней различных типов (pис. 2). Международная ассоциация автоматизации (ISA) опубликовала рекомендации ANSI/ISA-88 по управлению серийным производством [12]. Это промышленные технические стандарты и наборы инструкций, которые, будучи реализованы биофармацевтическими компаниями и поставщиками оборудования, способны обеспечить бесконфликтную интеграцию процессов автоматизации с применением технологий одноразового использования в систему диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA) или DCS на уровне управления технологическими процессами.
