首页 > 资讯 > 工业 4.0：提高制药和无菌工艺性能

出自识林

2019-01-08

Richard Levy 博士, PDA

自从我在20世纪80年代末作为微生物学家首次加入Millipore公司并开始专注于除菌过滤以来，无菌工艺就一直是我的兴趣所在。尽管存在保持无菌环境和生产无菌药品的挑战，我相信终有一天，科学技术将会让制药商对于无菌工艺产品具有与最终灭菌产品相同的信心。

1994年，Michael Korczynski在《PDA制药科学与技术杂志》上发表了一篇题为《无菌工艺中过程分析技术、并行验证和参数放行程序的集成》（The Integration of Process Analytical Technologies, Concurrent Validation, and Parametric Release Programs in Aseptic Processing）的论文。¹ 我被他描述的未来愿景所激励：过程分析技术（PAT）、并行验证和参数放行程序的集成，可用于改善制造过程中的产品和工艺过程质量，正如他总结的那样，可以提高经济性和效率。在这篇论文中，Korczynski使用一个假设的例子写了关于在线或内联测定方法和测量技术的创新运用。他阐述了运用工艺过程实时数据的价值。虽然自那时以来，许多权威领域已经发表了更多涉及这一主题的文章，但Korczynski的文章，甚至在今天也值得一读。

时间快进到2014年。PDA Journal上的文章引起了我对这一主题的兴趣，我参加了很多制药和生物制药的会议。在那些会议上，我总是惊讶于我们所谈论的如何走向Korczynski的愿景，但遗憾的是，无菌工艺（以及一般的制药）变化很小。然而，事实上正在进行明确的改进。大约在那个时候，我读到一篇关于默沙东如何应用信息技术工具来优化疫苗生产产率的文章。² 这激起了我的兴趣，我联系了默沙东公司负责制造信息技术的副总裁兼首席信息官（CIO）Michele D'Alessandro，并邀请她在2015年PDA/FDA疫苗大会上就此做报告。Michele接受了演讲邀请，做了题为《案例研究：利用基于信息技术的工具优化疫苗生产产率》的报告，展示了如何在从发酵到净化的每个生产步骤中应用可执行的深入洞见来提高产率。³ 她还强调了如何通过全面了解大数据技术的应用来深入了解制造流程。数据谜底的各个部分似乎正在解开。

时间快进到2016年。我听到来自于弗劳恩霍夫协会制造技术与自动化研究所（Fraunhofer IPA）的Andreas Traube在PDA欧洲年会上做的题为《工业4.0 — 制药公司的准备就绪》（Industrie 4.0 - Readiness for Pharmaceutical Companies）的演讲，这是一个非常有吸引力的演讲。⁴ Andreas指出，我们现在处于通过互联互通和整体集成驱动的第四次工业革命的边缘，将通过新的基础设施和优化网络设计，实现将工厂与生产网络以及消费者连接起来的新的制造生态系统。Traube的论点是，制药业具有从这场革命中充分获益的商业潜力。这着实令人兴奋。从那时起，我一遍又一遍地重温这些幻灯片。然而，我错过了一个有趣的潜在益处，我确信这样的益处确实存在，并可能是加强无菌工艺的最好结局。

时间快进到本文写作之时的2018年。我刚刚读到谷歌正在为其2011年推出的谷歌航班搜索引擎推出新功能。⁵经常旅行的我，总是试图在天气、航空公司和航班延误方面最先获得信息。使用可以访问多个航班数据库的谷歌飞行和其它智能手机应用程序，我通常能够在在收到可怕的“这是西南航空公司呼叫航班状态更新”电话之前了解我的航班何时延迟或取消。我使用的一个应用程序会报告实时的航班状态变化。例如，我提前了解西南航空（我确实中意这家航空公司）已经将飞机的到达口改为我本应选择的出发口，这标志着我的飞行可能会有所延误，这样的情况并不少见。利用这些“先知先觉”的知识，我可以根据需要调整我的旅行计划，在大多数情况下可以获得更好的结果。谷歌希望它能够在航空公司正式确认之前预测延迟，有些算法可以比预期更早的了解到延迟，甚至快过我使用的应用程序。该计划还将提供延误的原因，这对我也很有用，特别是如果我想决定是否转换到另一家航空公司或干脆返家，第二天再尝试出行。

说完这一切，这项技术并不完美，我也不乏有被愚弄的时候。然而，我的积极体验让我想知道，制药公司是否很快能够像谷歌航空公司那样做同样的事情，也就是说，预测我们可能在制药和无菌加工方面遇到的问题。

在PDA制造科学与运营（Manufacturing Science and Operations，MSOP）指导委员会（Michele D'Alessandro是该委员会的成员）的最新会议上，我们讨论了正在进行的制造智能项目，该项目正在研究大数据应用。我们还讨论了一个关于药品实时放行的项目（包括无菌加工药品）。而且，行业专家向我们介绍了连续制造和人工智能，因为这些技术无疑将应用于制药和生物技术制药中。

考虑到MSOP指导委员会和行业思想领袖的前瞻性思维，以及总体技术上的快速进步（如谷歌航班），下一代制药无疑将由工业4.0、大数据、增强现实和人工智能驱动。

看看今天的无菌制造套件，我们可以看到数据的多样性将来自哪里，将去往哪里，又将如何返回。图1显示了我们对无菌工艺未来的展望。具体来说，确定了几个可能已经从某种程度上的工业4.0互联互通中受益的领域，包括无菌制造、制造支持、实验室、云端和患者。

图1. 工业4.0以及与无菌工艺相关的工业物联网的行业视角。

在无菌制造中，使用生产线上的内联智能传感器的PAT将与车间现场、实验室和云端互联互通。操作员将使用平板电脑来审查标准操作规程（SOP），分析实时数据和输入观察结果。管理层和质量保证人员可以通过在线视频会议与车间现场沟通。产品和包装移动机器人和无线射频识别(RFID)信息将被馈送到云端，云端实时发送反馈。

制造支持将包含互联互通的计划和控制系统。互联互通的供应链和患者信息可以驱动制造和配送活动。人机互联互通可以利用分散的实时工艺过程信息，并提供在线培训和教育。支持人员和机器之间的互联互通可以推动技术改造、维护和维修。质量和法规信息的互联互通可以推动制造窗内的工艺流程改进。 实验室体系将从互联互通的在线传感器接收信息，并从云端获取反馈和历史信息。

分散的实时采集流程将被路由至云端，云端的大数据工具、数据存储和人工智能将协同分析数据并向车间现场提供反馈。来自云端的反馈可能是实时到达机器和操作者手中的预测性信息。

患者可以对人为因素提供更多反馈，而互联互通的卫生系统可以提供医疗保健产出结果和药物警戒数据。

我预测，再过30年，我们将充分利用Michael Korczynski 在1994年设想的原创性概念。PDA MSOP指导委员会的超前思维和我们的行业领袖和工业4.0、PAT、大数据、增强现实技术、人工智能汇聚在一起 — 我们应该很快就能够整合预测性资源,实现最高水平无菌工艺的无菌保证。

（本文作者Richard Levy，2005-2018年5月任PDA负责科学与监管事务的高级副总裁；负责PDA出版的PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology和PDA Letter。本文英文题目“Industry 4.0: Improving Performance Of Pharma Manufacturing & Aseptic Processing”，发表于 www.pharmaceuticalonline.com 。）

参考材料

1. Korczynski, M (2004). The integration of process analytical technologies, concurrent validation, and parametric release programs in aseptic processing. PDA J Pharm Sci and Tech, 58, 181-191.

2. Henschen, D (2014). Merck optimizes manufacturing with big data. InformationWeek. https://www.informationweek.com/strategic-cio/executive-insights-and-innovation/merck-optimizes-manufacturing-with-big-data-analytics/d/d-id/1127901 .

3. D'Alessandro, M (2015). Case study: Using information technology-based tools to optimize yields in vaccine production. [Presentation]. Presented at the 2015 PDA/FDA Vaccines Conference, Bethesda, MD.

4. Traube, A (2016). Industrie 4.0 – readiness for pharmaceutical companies. [Presentation]. Presented at 2016 PDA Europe Annual Meeting. Berlin, Germany.

5. Perez, S (2018). Google Flights will now predict airline delays – before the airlines do. TechCrunch. https://techcrunch.com/2018/01/31/google-flights-will-now-predict-airline-delays-before-the-airlines-do/.

翻译：识林-Kapok
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