Maskininlärning ska effektivisera läkemedelsproduktionen
Om två år är de autonoma minifabrikerna här. Det berättar Bernt Nilsson, professor på Lunds universitet som, tillsammans med företag som Novo Nordisk, driver ett maskininlärningsprojekt för automatiserad läkemedelstillverkning inom PiiA. Minifabrikerna kommer att ge energi- och resursbesparingar upp till en faktor tio och nya biologiska läkemedel och vaccin kan utvecklas snabbare.
Tillverkningen av biologiska läkemedel så som vaccin är en energi- och resurskrävande produktion. I en minifabrik produceras läkemedel i milliliter. De behövs för att studera läkemedel och för att genomföra kliniska studier innan de kommer ut på marknaden och produceras i stor skala.
Tillskillnad från syntetiska mediciner så godkänns biologiska läkemedel tillsammans med tillverkningssättet och där med även fabriken. Det innebär att fabriken inte får byggas om utan att medicinerna genomgår en ny godkännandeprocess. Därför finns det ett särskilt behov av minifabriker för utveckling av nya läkemedel innan man bygger en storskalig fabrik.
– Vi vill ta fram en billig lösning för läkemedelsbolagens utvecklingslabb, säger Bernt Nilsson. De företag som satsar på minifabriker kommer att kunna utveckla nya mediciner mycket snabbare och de kommer att tjäna in en faktor tio på energi och resurser.
Novo Nordisk satsar på minifabriker
Projektets industripartners ser stora möjligheter med minifabriker. Novo Nordisk är ett världsledande läkemedelsföretag inom biologiska läkemedel och är delaktig i utvecklingen av smarta minifabriker. De ser stora möjligheter att utnyttja tekniken både vid utvecklingen av nya läkemedelskandidater och dess tillverkningsprocess och vid effektiv småskalig produktion av läkemedelskandidater.
– Minifabriker kommer att förändra utvecklingen av nya processer, intensifiera digitaliseringen och effektivisera produktionen av biologiska läkemedel, säger Arne Staby forskningschef på Novo Nordisk. Vi har stora förhoppningar om att vår investering i våra egna minifabriker kommer att förverkligas inom en snar framtid.
Så blir läkemedelsfabriker helt autonoma och producerar dygnet runt
Det strategiska innovationsprogrammet PiiA stöttar processindustrins gröna och digitala omställning med IndTech, tekniken som gör industrin smartare och mer hållbar.
– Projektet visar hur viktigt det är att vi finansierar satsningar som digitaliserar industrin och möter samhällets stora utmaningar, säger Peter Wallin, programchef på PiiA. Med den nya lösningen kan läkemedelsindustrin bli mer resurseffektiv och även bidra till industrins energi- och klimatomställning.
Projektet är en fortsättning på ett projekt som tidigare har finansierats av PiiA. Då utvecklades de automatiska funktionerna för produktion av olika typer läkemedel. Nu ska minifabriken bil helt digitaliserad.
– Målet är att minifabriken ska bli helautonom, berättar Bernt. Vi räknar med att processerna vi har i vårt labb kan nå dit inom två år. Därefter behövs det ytterligare en processdel för att få en helautonom minifabrik. När vi har nått dit kan produktionen av läkemedel ske dygnet runt.
Inom projektet arbetar de nu med att automatisera de stödsystem som används för att mäta processprestanda och produktkvalitet. Nästa steg är att koppla in den kemiska analystekniken och därefter utveckla avancerad dataanalys, så som maskininlärningstekniker och mekanistiska modeller för att skapa en digital tvilling.
Digitaliserad provtagning och analysprocess med digital tvilling
Projektet ska skapa en digital tvilling, alltså en digital modell av minifabriken. Bernt Nilsson fortsätter:
– Genom att digitalisera tillverkningsprocessen och koppla läkemedelsanalysen till en digital tvilling kan vi följa de biologiska molekylernas egenskaper medan de går igenom processen. På så sätt kan vi snabbare säkerställa att molekylen ligger inom specifikation.
Molekyler i biologiska läkemedel behöver uppfylla vissa krav för att bli godkända, om de inte gör det kastas de. Under produktioner är det vanligt förekommande att omkring femtio procent kasseras.
– I dagens fabriker skickas provtagningen till en analysavdelning, där den hamnar på kö och det kan ta flera dagar innan man får svar om molekylen ligger inom specifikation, säger Bernt. I en minifabrik kommer analysen ske online inom en halvtimme.
Mjukvaran, som analyserar proverna är utvecklad i programmeringsspråket python, och är kopplad mot konventionell labbutrustning. Tekniken kan på så sätt enkelt anammas av olika läkemedelsföretag.
Paradigmskifte: Från massproduktion till precisionsläkemedel
Det sker en förändring inom läkemedelsbranschen och i framtiden kommer det att finnas ett större behov av precisionsläkemedel. Precisionsmedicin, även kallat individuellt anpassad medicin, är skräddarsydd för en mindre grupp. Den är även mer potent och ger effektivare behandling.
– För att kommersialisera vår teknik behöver vi fler stora läkemedelsbolag och -leverantörer som testar metoderna, säger Bernt Nilsson. Vi ser att kondenserade smarta minifabriker kan slå igenom brett, framför allt för tidig utveckling av läkemedel. Den kommer att vara av särskilt intresse för bolag som tillverkar precisionsläkemedel och som därmed producerar flera typer av läkemedel men till lägre volym.
Projekt:
Avancerad dataanalys och digital tvilling vid kontinuerlig produktion av biologiska läkemedel och vacciner.
Projektpartner:
Lunds universitet, ArgusEye AB, Cytiva BioProcess R&D AB, Novo Nordisk A/S, PlantVision AB.
Om PiiA – Processindustriell IT & Automation
PiiA är processindustrins strategiska innovationsprogram som stöttar industrins gröna och digitala omställning med IndTech – tekniken som gör industrin smartare och mer hållbar.
PiiA stärker Sverige genom processindustriell digitalisering och automation i världsklass. Programmet samordnar ansökningar om finansiering av innovationsprojekt, stödjer forskning, analyserar industrins behov, för samman forskare och branschens aktörer för att industrin ska få tillgång till avancerade IT- och automationslösningar och bli konkurrenskraftiga på världsmarknaden. PiiA är finansierat av Vinnova, Formas och Energimyndigheten och RISE är värd för programmet. Läs mer om hur PiiA arbetar för industrins digitala och hållbara omställning: sip-piia.se
