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Anwendungsfälle

Biopharmazeutische Herstellung

Wo sich ein digitaler Zwilling in einem Prozess für rekombinante Proteine auszahlt

Ein Hersteller eines rekombinanten therapeutischen Proteins fragt, wo sich ein digitaler Zwilling zuerst auszahlt: im Upstream, bei der Rückfaltung oder in der Aufreinigung.

Die Herausforderung

Der Prozess hat viele Schritte, und die Ausbeuteverluste summieren sich über alle Schritte. Die Rückfaltung ist oft der ausbeutekritische Schritt: Sie reagiert empfindlich auf Proteinkonzentration, Redoxbedingungen, pH, Temperatur und Zeit.

Ergebnisse kommen nach jedem Schritt offline, und ein Großteil des Know-hows, das den Prozess auf Kurs hält, liegt bei erfahrenen Mitarbeitenden. In der GMP-Herstellung muss jedes Modell, das Entscheidungen unterstützt, zudem vor der QA vertretbar sein.

Der Kunde

Ein biopharmazeutischer Hersteller, der ein rekombinantes therapeutisches Protein in E. coli produziert. Es wird als Inclusion Bodies exprimiert, anschließend rückgefaltet und in mehreren Chromatographieschritten aufgereinigt.

Unser Ansatz

Wir starten mit Literatur und öffentlichen Quellen, nicht mit Annahmen über den Prozess des Kunden, und skizzieren für jede Stufe mögliche Hebel als zu prüfende Hypothesen:

  • Upstream: Fermentation, überwacht gegen einen Golden Batch, mit Soft-Sensoren für Biomasse und die Bildung von Inclusion Bodies
  • Rückfaltung: ein hybrides Modell der Rückfaltungsausbeute in Abhängigkeit von den Bedingungen, um Bedingungen in silico vor dem Labor zu testen
  • Downstream: Modelle der Chromatographieschritte, um zu sehen, wo Produkt verloren geht

Geschätzte Effekte

35–70%

weniger Rückfaltungsexperimente

Spanne aus veröffentlichten Industrie-Fallstudien zu Experimenten, die durch hybride Modelle gesteuert werden.

≈ 3%

mehr Produkt pro +1 Prozentpunkt Rückfaltungsausbeute

Illustrativ: angenommen werden 30% Rückfaltungsausbeute und unveränderte Downstream-Schritte.

Stunden statt Wochen

zum Screening einer Rückfaltungsbedingung

Ein Lauf am Modell statt eines Laborexperiments.

Schätzungen, die an den Prozessdaten des Herstellers zu prüfen sind, bevor eine PoC-Variante gewählt wird – keine Ergebnisse.

So kommen wir zum PoC

  1. 01

    Einstiegsunterlage

    Die identifizierten Prozessstufen, mögliche Hebel und die benötigten Daten, unter Vorbehalt formuliert und auf Basis der Literatur.

  2. 02

    Prozessdaten

    Ein P&ID, eine Prozessbeschreibung und die heute vorhandenen Daten.

  3. 03

    Geprüfte Hypothesen

    Jeder Hebel wird anhand der realen Daten nach Nutzen, Komplexität und Kosten bewertet.

  4. 04

    PoC-Varianten

    Eine oder zwei empfohlene Varianten, umgesetzt als Machbarkeitsstudie (Phase 0) mit festem Umfang und vorab vereinbarten Erfolgskriterien.

  5. 05

    Weg in die Herstellung

    Ist der PoC erfolgreich, durchläuft das Modell unser Qualifizierungs-Framework in Richtung GMP-Einsatz.

Was wir angefragt haben

  • P&ID

    Ausrüstung und Messstellen für die betrachteten Stufen.

  • Prozessbeschreibung

    Schritte, Sollwerte sowie die kritischen Parameter und Qualitätsattribute je Stufe.

  • Verfügbare Daten

    Welche Signale und Laborergebnisse es gibt, in welcher Form und über wie viele Chargen.

Was Sie erhalten

  • Gezielte Investition

    Der Aufwand fließt in die Stufe, in der sich ein Modell zuerst auszahlt, nicht in alle gleichzeitig.

  • Weniger Laborexperimente

    Rückfaltungsbedingungen werden in silico getestet, bevor sie ins Labor gehen.

  • Frühere Warnung

    Eine schwache Charge wird während des Laufs erkannt statt erst nach der Freigabeprüfung.

  • Ein Modell, das die QA akzeptieren kann

    Ein dokumentierter, gestufter Weg zu einem qualifizierten Modell.

Alles oben Genannte ist eine Hypothese auf Basis von Literatur und öffentlichen Quellen. Prioritäten setzen wir erst, wenn der Hersteller seine Prozessdaten bestätigt hat.

Haben Sie einen ähnlichen Prozess?

Erzählen Sie uns davon. Wir sagen Ihnen, wo sich ein Modell zuerst auszahlt und welche Daten Sie brauchen.

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