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Corning accélère la livraison du vaccin COVID-19 avec une innovation dans l'emballage pharmaceutique
Une nouvelle formulation de verre radicale est sur le point de réduire de moitié les délais de fabrication des vaccins. La conception d'expériences dans JMP® a ouvert la voie à sa découverte.
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Défi: Même avec la distribution du vaccin COVID-19 en cours, les sociétés pharmaceutiques pourraient mettre des mois, voire des années, à fabriquer des quantités suffisantes pour répondre aux besoins mondiaux. La vitesse à laquelle les lignes de production peuvent fonctionner a longtemps été limitée par un facteur critique : même les meilleurs flacons en verre de qualité médicale sont sujets à la fissuration et à la dégradation chimique si les machines de l'usine tournent trop vite.
Solution: Les scientifiques et les ingénieurs de Corning ont utilisé la conception d'expériences pour développer une nouvelle formulation de verre révolutionnaire - Valor® Glass - spécialement conçue pour accélérer la fabrication pharmaceutique. JMP et JMP Pro mettent les meilleurs outils DOE entre les mains de chaque scientifique impliqué dans cet effort.
Résultats: L'innovation de Corning devrait augmenter le débit de fabrication jusqu'à 50 %, établissant ce que le vice-président Brendan Mosher a appelé « une nouvelle norme de qualité et de performance dans l'emballage pharmaceutique ». En augmentant la capacité de la ligne de production pharmaceutique standard de 300 flacons par minute à 750, Valor Glass devrait accélérer la livraison du vaccin COVID-19 dès qu'elle aura obtenu l'approbation réglementaire.
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Alors que les nations du monde entier sont confrontées à la pandémie la plus meurtrière depuis un siècle, les scientifiques se sont précipités pour développer un vaccin sûr et efficace contre le COVID-19. En septembre 2020, 40 candidats vaccins étaient entrés dans les essais cliniques et plus de 90 faisaient l'objet d'une enquête préclinique active chez l'animal. Mais la découverte d'un vaccin n'est que le premier obstacle à l'obtention d'une immunité collective mondiale grâce à la vaccination ; la fabrication à grande échelle provoquera presque certainement un goulot d'étranglement majeur dans la distribution.
Avec de nombreux candidats vaccins nécessitant plusieurs doses par personne, les experts estiment qu'entre 7 et 15 milliards de doses
de vaccins seront nécessaires dans le monde en 2021 seulement. Les sociétés pharmaceutiques sont désormais confrontées à une pression sans précédent pour accélérer la production bien au-delà des délais standard précédents. "Le défi n'est pas de fabriquer le vaccin lui-même, c'est de remplir des flacons", a déclaré aux journalistes Pascal Soriot, directeur exécutif et PDG d'AstraZeneca, à la mi-2020.
Comme c'est le cas pour de nombreux nouveaux candidats vaccins COVID-19 qui émergeront en 2020, le vaccin est fabriqué en lots importants mais conditionné dans de petits flacons en verre, contenant chacun entre une et dix doses pour la distribution. Cependant, le processus de remplissage des flacons a toujours été une source de retards et d'arrêts de processus qui ralentissent la vitesse à laquelle un médicament ou un vaccin peut atteindre les patients.
Les lignes de production pharmaceutiques modernes sont hautement automatisées et, bien que les machines de pointe puissent en théorie fonctionner à des vitesses maximales, même les flacons en borosilicate - l'étalon-or de l'industrie - cassent ou déstratifient les particules dans le contenu des flacons. La durabilité chimique du borosilicate à des températures extrêmes est également une limitation préoccupante pour les fabricants de vaccins qui nécessitent un stockage en chaîne ultra-froide, un peu comme le vaccin COVID-19 développé par Pfizer et BioNTech en 2020.
Pour résoudre ces problèmes et d'autres limitations de production liées au verre, Corning Incorporated a établi un partenariat de développement avec plusieurs leaders de l'industrie pharmaceutique. Dès 2012, les scientifiques ont commencé à explorer l'espace de formulation du verre pour développer un nouveau produit haut de gamme à utiliser dans les applications des sciences de la vie. Corning et ses partenaires ont testé plus de 200 compositions de verre différentes avant de créer un nouveau verre d'aluminosilicate qui est plus de 10 fois plus résistant et chimiquement plus durable que l'étalon-or précédent.
Valor® Glass est né et une nouvelle innovation vitale est arrivée sur le marché quelques mois seulement avant la découverte de COVID-19 à Wuhan, en Chine.
« Valor Glass établit une nouvelle norme de qualité et de performance dans les emballages pharmaceutiques », a déclaré Brendan Mosher, vice-président et directeur général de Corning Pharmaceutical Technologies. « Il est spécialement conçu pour les produits pharmaceutiques et est idéalement positionné pour permettre une fabrication et une livraison de médicaments plus rapides et plus fiables – des attributs essentiels à la réponse à la pandémie de SRAS-CoV-2. »
C'est l'histoire de la façon dont Corning a construit une organisation de R&D profondément informée et a créé une nouvelle catégorie de verre qui a doublé la capacité de production pharmaceutique du jour au lendemain.
Une quête pour livrer sur trois fronts : durabilité chimique, résistance et usinabilité
Ce qui a commencé en 2011 comme un tout petit projet a évolué au fil du temps vers une division entière au sein de l'organisation des sciences de la vie de Corning. Au début, explique Michael Anderson, maintenant ingénieur principal en développement statistique et mesure, l'équipe visait principalement à améliorer la résistance et la durabilité chimique des emballages pharmaceutiques en collaboration avec son partenaire de développement d'origine, Merck. Anderson a rejoint l'équipe vers 2013, d'abord en tant que statisticien soutenant le groupe d'ingénierie du projet puis en tant qu'expert en métrologie en R&D.
Corning était conscient que l'un des problèmes de fabrication les plus préoccupants de l'industrie pharmaceutique était la contamination par le bore ; les médicaments caustiques en particulier provoquaient le décollement du revêtement des flacons en verre borosilicaté traditionnels au fil du temps, gâtant finalement des lots entiers de médicaments et de vaccins. « Mais les points douloureux auxquels les fabricants de produits pharmaceutiques sont confrontés changent au fil du temps », déclare Anderson ; une fois que Corning a eu une solution pour la durabilité chimique, ils ont ensuite été invités par leurs partenaires de développement à résoudre le problème de la casse. Finalement, Pfizer s'est également joint à nous, et l'optimisation de l'usine a occupé le devant de la scène alors que les scientifiques cherchaient à réduire la friction causée par les revêtements traditionnels des flacons.
« Si vous souhaitez remplir 500 millions de flacons sur un équipement existant au cours des six prochains mois, la vitesse à laquelle ces pièces se déplacent est soudainement votre principale préoccupation », explique Anderson. « C'est la caractéristique que nous appelons l'usinabilité », c'est-à-dire la vitesse à laquelle une ligne de fabrication peut fonctionner.
Pour relever les trois défis dans une seule formulation de verre, il a fallu des années d'expérimentation, de renforcement des connaissances sur les produits, de retour à la planche à dessin à l'occasion et d'optimisation incrémentielle. Cela a été un long processus, dit Anderson, mais qui doit son succès aux racines profondes de Corning dans la science du verre et à son dévouement à la connaissance des processus statistiques.
Chez Corning, tout le monde est ingénieur process
Corning est une organisation dans laquelle l'esprit scientifique est profondément ancré, et ses directeurs – de nombreux anciens scientifiques et statisticiens en R&D eux-mêmes – ont défendu l'adoption généralisée des approches statistiques. Les statistiques, explique Anderson, font partie de chaque description de poste chez Corning, des matériaux à la fabrication en passant par la logistique de la chaîne d'approvisionnement. Leur mantra ? Tout le monde est un ingénieur de processus, et chaque ingénieur de processus doit avoir des compétences en analyse de données.
Bien que l'entreprise puisse définir des attentes élevées en matière de littératie statistique, Corning fournit également à ses employés les meilleurs équipements et outils pour mettre en œuvre des méthodes statistiques et une conception expérimentale efficaces et efficientes. Contrairement à d'autres entreprises, Anderson déclare : « Corning a donné la priorité à ce que les gens aient les outils dont ils ont besoin . "
Pour Corning, cela impliquait la licence des logiciels JMP et JMP Pro, un favori de l'industrie qui associe des statistiques robustes à une visualisation conviviale. « JMP traitera un ensemble de données déséquilibré. Il vous dira quels sont les risques, les gérera et vous permettra de faire un choix intelligent plutôt que de simplement dire non », explique Anderson. Ce que JMP a à offrir, c'est « un produit à prix compétitif qui est un mélange à la fois d'utilisation courante pour tout ingénieur et d'outils statistiques avancés qui vous permettent d'examiner tout problème auquel quelqu'un dans les domaines de l'ingénierie et de la recherche aurait à faire face sur une base quotidienne."
Dans le développement de ce qui est devenu Valor Glass, Anderson rit : « Il est presque difficile de penser à quand JMP n'était pas utilisé." L'un des domaines clés qui a fait l'objet d'une preuve de concept pour le logiciel était la conception des expériences (DOE).
Conception d'expériences, une approche plus stratégique de l'expérimentation où même les échecs fournissent des informations précieuses
Le DOE est une branche des statistiques appliquées qui utilise des tests contrôlés pour identifier et analyser les facteurs qui affectent un paramètre ou un groupe de paramètres. Dans le DOE, les scientifiques ont une approche robuste de collecte et d'analyse de données qui fournit une meilleure image des interactions entre les facteurs et permet la manipulation de plusieurs facteurs d'entrée en même temps.
Anderson explique que le DOE dans JMP était la clé pour optimiser les ratios de composants et les variations dans les configurations de processus pour les formulations Valor, entre autres. « Il y a le renforcement chimique qui est utilisé pour rendre le verre si solide et aussi le revêtement externe qui est utilisé pour faire voler les flacons deux fois plus vite à travers les lignes de remplissage dans les usines. » explique-t-il, ajoutant qu'au sein de chaque caractéristique, il existe d'autres sous-caractéristiques qui nécessitent également une optimisation.
« Truisme dans les matériaux : il n'y a pas de taille unique. Si vous augmentez un [facteur], vous compromettez généralement autre chose. Nous voulions que notre revêtement soit aussi transparent que possible, mais aussi qu'il puisse survivre à tous les processus par lesquels il passe [quand il est rempli], par exemple », dit-il. « La quantité de DOE de formulation et de surface de réponse et de mélange que nous avons réalisée afin d'optimiser les ratios de composants pour déterminer les sous-composants au sein de ces composants est énorme. »
Heureusement, Corning a donné la priorité à la R&D au niveau de l'entreprise, contrairement à nombre de ses concurrents ; en allouant suffisamment de fonds à l'expérimentation pour permettre aux équipes de développement d'échouer. « Être capable d'échouer coûte cher, mais c'est une partie essentielle de l'expérimentation », dit Anderson. « Et à Corning, je n'ai jamais rencontré de résistance significative autour de la conduite d'expériences. Nous voulons apprendre autant que possible pour l'argent que nous dépensons. Quand je dis : « Je veux faire cela comme une expérience entièrement conçue », je n'ai jamais rencontré de résistance. [DOE] est élevé à Corning à ce stade. "
Dans JMP, un guichet unique pour le DOE et l'apprentissage statistique de toutes sortes
Cependant, le design n'est que la moitié du DOE. L'analyse est tout aussi importante, quel que soit le type de conception mis en œuvre par une équipe. Dans le développement de Valor Glass, il était crucial pour l'équipe non seulement d'identifier les facteurs clés, leurs forces et leurs interactions, mais aussi de comprendre à quoi ressemblaient ces effets une fois tracés, explique Anderson. Dans certains cas, c'était aussi simple que de visualiser l'uniformité sur le côté d'un flacon ; "En le visualisant, vous saurez immédiatement si quelque chose ne va pas ou non."
La visualisation des données accélère le processus analytique en permettant des contrôles de qualité en un coup d'œil et est un domaine dans lequel JMP excelle, déclare Anderson. Une gamme de profileurs dans le logiciel est un moyen facile pour les utilisateurs d'explorer de manière interactive les espaces de conception, en repérant visuellement les régimes de fonctionnement viables et les points de consigne des facteurs. « Cette capacité immédiate à représenter graphiquement vos données de manière interactive est ce qui m'a convaincu de JMP il y a 29 ans, et c'est toujours le cas. Je pense que tout le monde aime Graph Builder en tant que centre de leur monde JMP », déclare Anderson.
La plate-forme Graph Builder de JMP est souvent considérée comme un point d'entrée pour ceux qui découvrent les statistiques industrielles appliquées, et le vaste catalogue de ressources de formation interne et de formation continue de Corning aide les utilisateurs à développer leurs compétences à partir de ces bases. Les cours de statistiques internes de l'entreprise ont évolué pour suivre le rythme des outils, y compris le cours d'entrée de gamme sur l'interprétation des données de Corning, explique Anderson. Les cours plus avancés incluent le DOE, les systèmes de qualité et l'analyse des systèmes de mesure.
Parmi ces opportunités de développement, Corning propose une formation JMP spécialisée grâce à une collaboration avec SAS Education et des JMP Days annuels proposés aux niveaux débutant, intermédiaire et avancé. Un forum interne héberge également des groupes d'utilisateurs axés sur un large éventail d'applications.
De 30 minutes à quelques secondes, les scripts personnalisés rationalisent les analyses répétées
Au fur et à mesure que le volume d'apport de données augmente avec l'initiative de transformation numérique de Corning et que les technologies d'usine, non seulement chez Corning mais dans l'ensemble du secteur, deviennent de plus en plus intégrées, les équipes de R&D recherchent des outils personnalisés pour interroger et analyser les données - et éviter les pièges potentiels des données silo. Les scripts, explique Anderson, aident les ingénieurs à personnaliser les compléments qui peuvent extraire des données de plusieurs bases de données à la fois, optimisant les avantages que l'organisation obtient non seulement au niveau de la production mais également au niveau du développement.
Les scripts personnalisés écrits en JMP Scripting Language permettent également d'éviter les tâches de nettoyage des données fastidieuses et les analyses répétitives. Et c'est aussi simple que de définir les conditions de capture et d'organisation des données. « À la fin de la journée, lorsque [les ingénieurs] auront fini de mesurer certaines pièces, j'entrerai et j'exécuterai un script qui me prendra 15 secondes », explique Anderson. "Faire cela à la main [comme nous l'avons fait dans le passé] me prend au moins 30 minutes."
De 300 à 750 flacons par minute, Valor Glass double la vitesse des lignes de production - pour les vaccins COVID-19 et au-delà
Formulation méticuleusement optimisée sur tous les paramètres, Valor Glass a établi une nouvelle référence en matière d'emballage pharmaceutique lors de sa sortie et de son approbation par la FDA fin 2019. Ses avantages étaient clairs : alors que les lignes de production traditionnelles ne pouvaient fonctionner qu'à des vitesses comprises entre 300 et 400 flacons par minute, les flacons en verre Valor permettent aux fabricants de faire fonctionner les usines à des vitesses allant jusqu'à 750 flacons par minute, ce qui fait plus que doubler la capacité globale d'une installation pratiquement du jour au lendemain. .
Au cours des premiers mois de 2020, alors que le nouveau coronavirus SARS-CoV-2 se propageait rapidement dans le monde, il est devenu évident à quel point l'innovation de Corning était opportune. Cette innovation a été reconnue par le département américain de la Défense en juin 2020 lorsque la Biomedical Advanced Research and Development Authority a accordé à Corning une subvention de 204 millions de dollars pour étendre rapidement la production de Valor Glass.
Avec Valor Glass désormais prêt à accélérer les délais de livraison des vaccins COVID-19 dans le monde, l'investissement de 10 ans de Corning dans une R&D méticuleuse et axée sur les données a porté ses fruits non seulement dans les premières conceptions, mais aussi dans un impact réel sur la société. Accélérer la distribution des vaccins peut littéralement sauver des vies.
