Turbo-opladning af farmaceutiske bioteknologiske simuleringer

Ny simuleringsteknologi udviklet af TU Graz er designet til at gøre produktionen af ​​biofarmaceutiske produkter mere effektiv, omkostningseffektiv og overskuelig for producenterne.

Efterspørgslen efter biofarmaceutiske produkter er stor:biofarmaceutiske aktive ingredienser – med andre ord, gensplejsede lægemidler – tegnede sig for syv ud af de ti mest solgte medicin i verden i 2018. Og andelen ventes at stige, da biofarmaceutiske midler kan bruges til at bekæmpe tilstande som multipel sklerose og anæmi, samt mange former for kræft og sjældne sygdomme, som ikke kan behandles med kemiske og syntetiske midler. Men en sådan effektivitet har en pris. Mens kemisk fremstillede lægemidler er "små molekyler", som er relativt nemme at fremstille og fås i tabletform, biofarmaceutiske lægemidler omfatter sædvanligvis hundreder eller tusinder af atomer.

Dette gør biofarmaceutisk fremstilling ekstremt kompleks - det kræver mikroorganismer, der driver reaktioner i bioreaktorer, indebærer dyre eksperimenter udført på basis af forsøg og fejl, og er baseret på empiriske værdier. "I øjeblikket, biotekindustrien mangler dybdegående procesviden. Folk, at fremstillingsprocessen fungerer, men de kender ikke årsagerne til, eller hvordan det præcist fungerer, " forklarer Christian Witz fra Institute of Process and Particle Engineering ved TU Graz.

Computerbaserede simuleringer er afgørende for at øge procesviden, og kunne også markant fremskynde opskaleringen fra laboratoriet til produktionsskalaen. Imidlertid, de simuleringsprogrammer, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, er ikke egnede til rutinemæssig anvendelse, da det tager måneder at udføre de nødvendige beregninger, og efterlys ekspertise med at køre simuleringer, samt betydelig computerkraft.

Det er her Christian Witz' forskning kommer ind i billedet. Han arbejder på en ny, brugervenlig og hurtig simuleringssoftware, der har til formål at gøre det muligt for processimulering at slå rod i den biofarmaceutiske industri. "Mit system vil skære simuleringstider fra måneder til få timer. Det kan betjenes af folk uden simuleringsknowhow og kører på almindelige kommercielle grafikkort." Den nye software forkorter den nødvendige tid til fejlfinding og lover mere detaljeret indsigt i processer. Dette vil bidrage til at gøre produktionen af ​​biofarmaceutisk mere effektiv. "Virksomheder skal udføre færre eksperimenter for at tage skridtet fra laboratoriet til produktion i industriel skala, sparer alt mellem EUR 300, 000 og 1 mio. EUR, " siger Witz, peger på de seneste skøn.

End-to-end processimulering understøtter produktionsprocesser

Den nye software, som har været brugt i industriel forskning siden 2017, er baseret på simuleringskode, som Witz udviklede til luftede og omrørte bioreaktorer. For eksempel, programmet simulerer bevægelse af mikroorganismer i reaktoren eller transport af opløst ilt frigivet fra luftbobler. Som en del af ComBioPro-projektet (Computational BioProcess Design), Witz vil integrere yderligere algoritmer i softwaren, som vil give mulighed for endnu mere nøjagtig og brugervenlig repræsentation af fysiske og biokemiske processer i bioreaktorer. Blandt andet, Målet er delvist at automatisere evalueringen af ​​rå simuleringsdata, og at simulere meget store luftbobler i en reaktor. Simuleringsresultaterne vil i sidste ende indgå i beslutningsprocesser for design og produktion. På tur, dette ville gøre det muligt for virksomheder at simulere flere projekter på kortere tid, og udføre test, der viser, hvor og hvordan produktivitetstab opstår i en reaktor.

Dette kommer takket være den unikke indsigt, som softwaren tilbyder i biofarmaceutiske produktionsprocesser, som Witz påpeger:"Hvordan kan vi skabe de bioreaktorforhold, hvor mikroorganismerne er mest produktive? Hvordan påvirker omrørerens hastighed eller beluftningshastigheden processen? Hvor i reaktoren har for store forskydningskræfter indflydelse på mikroorganismerne? Simuleringssoftwaren hjælper med at besvare disse og andre spørgsmål."