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Corning beschleunigt die Abgabe von COVID-19-Impfstoffen mit einer Innovation in der pharmazeutischen Verpackung
Eine radikal neue Glasformulierung soll die Zeitpläne für die Impfstoffherstellung halbieren. Das Design von Experimenten in JMP® ebnete den Weg für seine Entdeckung.
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Herausforderung: Selbst wenn die Verteilung des COVID-19-Impfstoffs im Gange ist, könnte es Monate oder sogar Jahre dauern, bis Pharmaunternehmen ausreichende Mengen herstellen, um den weltweiten Bedarf zu decken. Die Geschwindigkeit, mit der Fertigungslinien arbeiten können, wird seit langem durch einen kritischen Faktor begrenzt: Selbst die besten medizinischen Glasfläschchen neigen zu Rissen und chemischer Zersetzung, wenn die Anlagenmaschinen zu schnell laufen.
Lösung: Wissenschaftler und Ingenieure bei Corning nutzten Design of Experiments, um eine revolutionäre neue Glasformulierung – Valor® Glass – zu entwickeln, die speziell entwickelt wurde, um die pharmazeutische Herstellung zu beschleunigen. JMP und JMP Pro geben jedem Wissenschaftler, der an diesen Bemühungen beteiligt ist, erstklassige DOE-Tools in die Hände.
Ergebnisse: Die Innovation von Corning wird den Fertigungsdurchsatz um bis zu 50 % steigern und damit einen „neuen Standard für Qualität und Leistung bei pharmazeutischen Verpackungen“ setzen, wie Vizepräsident Brendan Mosher es nannte. Durch die Erhöhung der Kapazität der standardmäßigen pharmazeutischen Produktionslinie von 300 Fläschchen pro Minute auf 750 wird Valor Glass die Auslieferung des COVID-19-Impfstoffs beschleunigen, sobald die behördliche Zulassung vorliegt.
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Während Nationen auf der ganzen Welt mit der tödlichsten Pandemie seit einem Jahrhundert konfrontiert sind, haben Wissenschaftler versucht, einen sicheren und wirksamen Impfstoff gegen COVID-19 zu entwickeln. Bis September 2020 waren 40 Impfstoffkandidaten in klinische Studien eingetreten, und mehr als 90 befanden sich in aktiver präklinischer Untersuchung an Tieren. Aber die Entdeckung von Impfstoffen ist nur die erste Hürde, um eine weltweite Herdenimmunität durch Impfung zu erreichen; Die Produktion in großem Maßstab wird mit ziemlicher Sicherheit einen großen Engpass im Vertrieb verursachen.
Da viele Impfstoffkandidaten mehrere Dosen pro Person erfordern, schätzen Experten, dass zwischen 7 und 15 Milliarden Dosen
Impfstoff wird allein 2021 weltweit benötigt. Pharmaunternehmen sehen sich heute einem beispiellosen Druck ausgesetzt, die Produktion weit über den bisherigen Standardzeitplan hinaus zu beschleunigen. „Die Herausforderung besteht nicht darin, den Impfstoff selbst herzustellen, sondern Fläschchen abzufüllen“, sagte Pascal Soriot, Executive Director und CEO von AstraZeneca, Mitte 2020 gegenüber Reportern.
Wie bei vielen der neuen COVID-19-Impfstoffkandidaten, die 2020 auf den Markt kommen, wird der Impfstoff in großen Chargen hergestellt, aber in kleinen Glasfläschchen verpackt, die jeweils zwischen einer und zehn Dosen zur Verteilung enthalten. Der Prozess der Befüllung von Fläschchen war jedoch in der Vergangenheit eine Quelle für Verzögerungen und Unterbrechungen während des Prozesses, die die Geschwindigkeit verlangsamen, mit der ein Medikament oder ein Impfstoff Patienten erreichen kann.
Moderne pharmazeutische Produktionslinien sind hochautomatisiert, und während hochmoderne Maschinen theoretisch mit Höchstgeschwindigkeit arbeiten können, führt dies dazu, dass selbst Borosilikatfläschchen – der Goldstandard der Branche – Partikel in den Inhalt der Fläschchen brechen oder delaminieren. Die chemische Beständigkeit von Borosilikat bei extremen Temperaturen ist auch eine besorgniserregende Einschränkung für Hersteller von Impfstoffen, die eine Ultrakühlkettenlagerung erfordern, ähnlich wie der von Pfizer und BioNTech im Jahr 2020 entwickelte COVID-19-Impfstoff.
Um diese und andere glasbedingte Produktionsbeschränkungen zu beseitigen, hat Corning Incorporated eine Entwicklungspartnerschaft mit mehreren führenden Pharmaunternehmen geschlossen. Bereits 2012 begannen Wissenschaftler, den Bereich der Glasformulierung zu erforschen, um ein neues Premiumprodukt für den Einsatz in Life Sciences-Anwendungen zu entwickeln. Corning und seine Partner testeten über 200 verschiedene Glaszusammensetzungen, bevor sie ein neuartiges Alumosilikatglas entwickelten, das mehr als zehnmal stärker und chemisch haltbarer ist als der bisherige Goldstandard.
Valor® Glass war geboren, und nur wenige Monate vor der Entdeckung von COVID-19 in Wuhan, China, kam eine wichtige neue Innovation auf den Markt.
„Valor Glass setzt einen neuen Standard für Qualität und Leistung bei pharmazeutischen Verpackungen“, sagte Brendan Mosher, Vice President und General Manager von Corning Pharmaceutical Technologies. „Es wurde speziell für Pharmazeutika entwickelt und ist einzigartig positioniert, um eine schnellere, zuverlässigere Arzneimittelherstellung und -abgabe zu ermöglichen – Attribute, die für die Reaktion auf die SARS-CoV-2-Pandemie von entscheidender Bedeutung sind.“
Dies ist die Geschichte, wie Corning eine fundierte F&E-Organisation aufgebaut und eine neue Glaskategorie geschaffen hat, die die pharmazeutische Produktionskapazität über Nacht verdoppelte.
Unser Streben nach Leistung an drei Fronten: chemische Beständigkeit, Festigkeit und Bearbeitbarkeit
Was 2011 als sehr kleines Projekt begann, entwickelte sich im Laufe der Zeit zu einer ganzen Abteilung innerhalb der Life Sciences-Organisation von Corning. Zunächst, erklärt Michael Anderson, jetzt Senior Statistical and Measurement Development Engineer, wollte das Team in Zusammenarbeit mit seinem ursprünglichen Entwicklungspartner Merck vor allem die Festigkeit und chemische Beständigkeit von pharmazeutischen Verpackungen verbessern. Anderson trat dem Team um 2013 bei, zunächst als Statistiker, der die Engineering-Gruppe des Projekts unterstützte, und dann als Messtechnik-Experte in der Forschung und Entwicklung.
Corning war sich bewusst, dass die Borkontamination eines der besorgniserregendsten Herstellungsprobleme der pharmazeutischen Industrie war; vor allem ätzende Medikamente führten dazu, dass sich die Auskleidung traditioneller Borosilikatglas-Fläschchen im Laufe der Zeit ablöste und schließlich ganze Chargen von Medikamenten und Impfstoffen verdarb. „Aber die Schmerzpunkte, mit denen Pharmahersteller konfrontiert sind, ändern sich im Laufe der Zeit“, sagt Anderson; Nachdem Corning eine Lösung für die chemische Beständigkeit hatte, wurden sie von ihren Entwicklungspartnern gebeten, das Bruchproblem zu lösen. Schließlich kam auch Pfizer an Bord, und die Fabrikoptimierung stand im Mittelpunkt, als Wissenschaftler versuchten, die durch herkömmliche Beschichtungen von Fläschchen verursachte Reibung zu reduzieren.
„Wenn Sie in den nächsten sechs Monaten 500 Millionen Fläschchen auf bestehenden Anlagen befüllen möchten, ist plötzlich die Schnelligkeit dieser Teile Ihr Hauptanliegen“, erklärt Anderson. „Das ist die Eigenschaft, die wir Zerspanbarkeit nennen“, das heißt, wie schnell eine Fertigungslinie laufen kann.
Um alle drei Herausforderungen in einer einzigen Glasformulierung zu bewältigen, waren jahrelange Experimente, Produktkenntnisse, gelegentliche Rückkehr zum Reißbrett und inkrementelle Optimierung erforderlich. Es war ein langer Prozess, sagt Anderson, aber einer, der seinen Erfolg Cornings tiefen Wurzeln in der Glaswissenschaft und seinem Engagement für statistische Prozesskenntnisse verdankt.
Bei Corning ist jeder ein Verfahrenstechniker
Corning ist eine Organisation, in der der wissenschaftliche Geist tief verankert ist, und ihre Direktoren – viele ehemalige F&E-Wissenschaftler und Statistiker selbst – haben sich für die weit verbreitete Übernahme statistischer Ansätze eingesetzt. Statistik, erklärt Anderson, gehört zu jeder Stellenbeschreibung bei Corning, von der Materialwirtschaft über die Fertigung bis hin zur Logistik der Lieferkette. Ihr Mantra? Jeder ist ein Prozessingenieur und jeder Prozessingenieur muss über Datenanalysefähigkeiten verfügen.
Obwohl das Unternehmen hohe Erwartungen an statistische Kenntnisse stellt, stellt Corning seinen Mitarbeitern auch erstklassige Geräte und Werkzeuge zur Verfügung, um effiziente und effektive statistische Methoden und experimentelles Design zu implementieren. Im Gegensatz zu anderen Unternehmen sagt Anderson: „ Corning hat es sich zur Aufgabe gemacht, sicherzustellen, dass die Mitarbeiter die Tools haben, die sie benötigen .“
Für Corning beinhaltete dies die Lizenzierung von JMP- und JMP Pro-Software, einem Branchenfavorit, der robuste Statistiken mit benutzerfreundlicher Visualisierung kombiniert. „JMP wird sich mit einem unausgeglichenen Datensatz befassen. Es wird Ihnen sagen, was die Risiken sind, damit umgehen und eine intelligente Entscheidung treffen können, anstatt nur nein zu sagen“, sagt Anderson. Was JMP zu bieten hat, ist „ein Produkt zu einem wettbewerbsfähigen Preis, das eine Mischung aus allgemeiner Verwendung für jeden Ingenieur und fortschrittlichen statistischen Werkzeugen ist, die es Ihnen ermöglichen, jedes Problem zu untersuchen, mit dem sich jemand in den Bereichen Technik und Forschung auseinandersetzen müsste“. täglich."
Bei der Entwicklung dessen, was Valor Glass wurde, lacht Anderson: „Es ist fast schwer vorstellbar, wenn JMP war nicht Gebraucht." Einer der Schlüsselbereiche, der den Machbarkeitsnachweis für die Software erbrachte, war das Design of Experiments (DOE).
Design von Experimenten, ein strategischerer Ansatz für das Experimentieren, bei dem selbst Misserfolge wertvolle Erkenntnisse liefern
DOE ist ein Zweig der angewandten Statistik, der kontrollierte Tests verwendet, um die Faktoren zu identifizieren und zu analysieren, die einen Parameter oder eine Gruppe von Parametern beeinflussen. In DOE verfügen die Wissenschaftler über einen robusten Ansatz zur Datensammlung und -analyse, der ein besseres Bild der Wechselwirkungen zwischen Faktoren liefert und die gleichzeitige Manipulation mehrerer Eingangsfaktoren ermöglicht.
Anderson erklärt, dass DOE in JMP unter anderem der Schlüssel zur Optimierung von Komponentenverhältnissen und Variationen in den Prozesseinstellungen für Valor-Formulierungen war. „Da ist die chemische Verstärkung, die verwendet wird, um das Glas so stark zu machen, und auch die äußere Beschichtung, die verwendet wird, um die Fläschchen doppelt so schnell durch die Fülllinien in Fabriken fliegen zu lassen.“ Er erklärt und fügt hinzu, dass es innerhalb jedes Merkmals andere Untermerkmale gibt, die ebenfalls optimiert werden müssen.
„Materialweisheit: Es gibt keine Einheitsgröße. Wenn Sie einen [Faktor] erhöhen, kompromittieren Sie normalerweise etwas anderes. Wir wollten, dass unsere Beschichtung so transparent wie möglich ist, aber zum Beispiel auch alle Prozesse übersteht, die sie [beim Füllen] durchläuft“, sagt er. „Die Menge an Formulierungs- und Reaktionsoberflächen- und Mischungs-DOEs, die wir gemacht haben, um die Komponentenverhältnisse zu optimieren, um Unterkomponenten innerhalb dieser Komponenten herauszufinden, ist enorm.“
Glücklicherweise hat Corning F&E auf Unternehmensebene in einer Weise priorisiert, die viele seiner Konkurrenten nicht haben. indem genügend Mittel für Experimente bereitgestellt werden, damit Entwicklungsteams scheitern können. „Scheitern zu können ist teuer, aber ein entscheidender Teil des Experimentierens“, sagt Anderson. „Und bei Corning bin ich nie auf nennenswerten Widerstand bei der Durchführung von Experimenten gestoßen. Wir wollen für das Geld, das wir ausgeben, so viel wie möglich lernen. Wenn ich sage: „Ich möchte das als vollständig geplantes Experiment machen“, stoße ich nie auf Widerstand. [DOE] wird zu diesem Zeitpunkt mit Corning gezüchtet.“
In JMP, einem One-Stop-Shop für DOE und statistisches Lernen aller Art
Design ist jedoch nur die Hälfte von DOE. Die Analyse ist ebenso wichtig, unabhängig davon, welche Art von Design ein Team implementiert. Bei der Entwicklung von Valor Glass war es für das Team von entscheidender Bedeutung, nicht nur die Schlüsselfaktoren, ihre Stärken und Wechselwirkungen zu identifizieren, sondern auch zu verstehen, wie diese Effekte in der Darstellung aussahen, erklärt Anderson. In einigen Fällen war es so einfach, die Gleichmäßigkeit an der Seite eines Fläschchens zu visualisieren; „Wenn Sie es visualisieren, wissen Sie sofort, ob etwas nicht stimmt oder nicht.“
Die Datenvisualisierung beschleunigt den Analyseprozess, indem sie Qualitätsprüfungen auf einen Blick ermöglicht und ist ein Bereich, in dem sich JMP auszeichnet, sagt Anderson. Eine Reihe von Profilern in der Software bietet Benutzern eine einfache Möglichkeit, Designräume interaktiv zu erkunden und praktikable Betriebsbedingungen und Faktorsollwerte visuell zu erkennen. „Diese sofortige Möglichkeit, Ihre Daten interaktiv darzustellen, hat mich vor 29 Jahren bei JMP überzeugt – und das tut sie auch weiterhin. Ich denke, jeder liebt Graph Builder als Zentrum seiner JMP-Welt“, sagt Anderson.
Die Graph Builder-Plattform in JMP wird oft als Einstiegspunkt für Neueinsteiger in die angewandte Industriestatistik angesehen, und der umfassende Katalog von internen Schulungs- und Weiterbildungsressourcen von Corning hilft den Benutzern, auf diesen Grundlagen Fähigkeiten aufzubauen. Die internen Statistikkurse des Unternehmens haben sich weiterentwickelt, um mit den Tools Schritt zu halten, darunter Cornings Einstiegskurs Interpretation of Data, sagt Anderson. Zu den fortgeschritteneren Kursen gehören DOE, Qualitätssysteme und Messsystemanalyse.
Unter diesen Entwicklungsmöglichkeiten bietet Corning in Zusammenarbeit mit SAS Education spezielle JMP-Schulungen und jährliche JMP-Tage für Anfänger, Fortgeschrittene und Fortgeschrittene an. Ein internes Forum beherbergt auch Benutzergruppen, die sich auf ein breites Anwendungsspektrum konzentrieren.
Von 30 Minuten auf nur wenige Sekunden rationalisieren benutzerdefinierte Skripte wiederholte Analysen
Da das schiere Volumen der Datenaufnahme mit der Initiative für digitale Transformation von Corning wächst und Fabriktechnologien nicht nur bei Corning, sondern in der gesamten Branche immer stärker integriert werden, suchen F&E-Teams nach benutzerdefinierten Tools, um Daten abzufragen und zu analysieren – und potenzielle Fallstricke von Daten zu vermeiden siloieren. Scripting, erklärt Anderson, hilft Ingenieuren, Add-Ins anzupassen, die Daten aus mehreren Datenbanken gleichzeitig abrufen können, wodurch die Vorteile optimiert werden, die das Unternehmen nicht nur auf Produktionsebene, sondern auch in der Entwicklung erhält.
In der JMP Scripting Language geschriebene benutzerdefinierte Skripte helfen auch, zeitaufwändige Datenbereinigungsaufgaben und sich wiederholende Analysen zu umgehen. Und es ist so einfach wie das Festlegen der Bedingungen für die Datenerfassung und -organisation. „Am Ende des Tages, wenn [die Ingenieure] mit dem Messen einiger Teile fertig sind, gehe ich hinein und führe ein Skript aus, das 15 Sekunden dauert“, sagt Anderson. „Damit ich das von Hand [wie in der Vergangenheit] mache, brauche ich mindestens 30 Minuten.“
Von 300 auf 750 Fläschchen pro Minute verdoppelt Valor Glass die Geschwindigkeit der Produktionslinie – für COVID-19-Impfstoffe und darüber hinaus
Valor Glass ist eine auf alle Parameter akribisch optimierte Formulierung und hat nach seiner Freigabe und Zulassung durch die FDA Ende 2019 einen neuen Goldstandard für pharmazeutische Verpackungen gesetzt. Die Vorteile waren klar: Während herkömmliche Produktionslinien nur mit Geschwindigkeiten zwischen 300 und 400 Fläschchen pro Minute laufen konnten, ermöglichen Valor Glass Fläschchen den Herstellern, Anlagen mit Geschwindigkeiten von bis zu 750 Fläschchen pro Minute zu betreiben – mehr als eine Verdoppelung der Gesamtkapazität einer Anlage praktisch über Nacht .
In den ersten Monaten des Jahres 2020, als sich das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 rasant auf der ganzen Welt verbreitete, wurde deutlich, wie zeitgemäß Cornings Innovation war. Diese Innovation wurde im Juni 2020 vom US-Verteidigungsministerium anerkannt, als die Biomedical Advanced Research and Development Authority Corning einen Zuschuss in Höhe von 204 Millionen US-Dollar gewährte, um die Produktion von Valor Glass schnell auszubauen.
Da Valor Glass nun die Lieferfristen für COVID-19-Impfstoffe auf der ganzen Welt beschleunigen wird, hat sich die 10-jährige Investition von Corning in sorgfältige, datengesteuerte Forschung und Entwicklung nicht nur in Design-Premieren, sondern auch in echten Auswirkungen auf die Gesellschaft ausgezahlt. Eine beschleunigte Verteilung von Impfstoffen kann im wahrsten Sinne des Wortes Leben retten.
