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康寧通過藥物包裝創新加速 COVID-19 疫苗的交付
一種全新的玻璃配方有望將疫苗製造時間縮短一半。 JMP® 中的實驗設計為其發現鋪平了道路。
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挑戰：即使正在進行 COVID-19 疫苗的分發，製藥公司也可能需要數月甚至數年的時間來生產足夠的數量來滿足全球需求。 製造生產線的運行速度長期以來一直受到一個關鍵因素的限制：如果工廠機器運行速度過快，即使是最好的醫療級玻璃小瓶也容易破裂和化學降解。
解決方案：康寧的科學家和工程師利用實驗設計開發了一種革命性的新型玻璃配方——Valor® Glass——專為加速藥物製造而設計。 JMP 和 JMP Pro 將一流的 DOE 工具交到參與這項工作的每位科學家手中。
結果：康寧的創新計劃將製造產量提高多達 50%，從而確立了副總裁 Brendan Mosher 所說的“藥品包裝質量和性能的新標準”。通過將標準藥品生產線的產能從每分鐘 300 瓶增加到 750 瓶，Valor Glass 將在獲得監管批准後儘快加快 COVID-19疫苗的交付。
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隨著世界各國面臨一個世紀以來最致命的流行病，科學家們競相開發一種安全有效的 COVID-19 疫苗。 截至 2020 年 9 月，已有 40 種候選疫苗進入臨床試驗，90 多種候選疫苗正在進行動物臨床前研究。 但是疫苗的發現只是通過疫苗接種獲得全球群體免疫的第一個障礙。大規模製造幾乎肯定會造成分銷的主要瓶頸。
由於許多候選疫苗需要每人多次接種，專家估計在 70 億至 150 億劑之間
僅在 2021 年，全球就需要疫苗。 製藥公司現在面臨著前所未有的壓力，需要以遠遠超過以前的標準時間表來加速生產。 阿斯利康執行董事兼首席執行官帕斯卡爾·索里奧特 (Pascal Soriot) 在 2020 年年中對記者說：“面臨的挑戰不是製造疫苗本身，而是灌裝小瓶。”
與 2020 年出現的許多新型 COVID-19 候選疫苗的情況一樣，疫苗是大批量生產的，但包裝在小玻璃瓶中，每瓶含有一到十劑供分發。 然而，填充小瓶的過程歷來是延誤和過程中停工的根源，這會減慢藥物或疫苗到達患者的速度。
現代製藥生產線高度自動化，雖然理論上最先進的機器可以以最高速度運行，但這樣做甚至會導致硼矽酸鹽小瓶——行業的黃金標準——破碎或分層顆粒進入小瓶的內容物。 硼矽酸鹽在極端溫度下的化學耐久性也是需要超冷鏈儲存的疫苗製造商的一個令人擔憂的限制，就像輝瑞和 BioNTech 在 2020 年開發的 COVID-19 疫苗一樣。
為了解決這些以及其他與玻璃相關的生產限制，康寧公司與多家製藥行業領先企業建立了開發合作夥伴關係。 早在 2012 年，科學家就開始探索玻璃配方空間，以開髮用於生命科學應用的新型優質產品。 康寧及其合作夥伴測試了 200 多種不同的玻璃成分，然後創造出一種新型鋁矽酸鹽玻璃，其強度和化學穩定性比以前的黃金標準高 10 倍以上。
Valor® Glass 誕生了，就在中國武漢發現 COVID-19 的幾個月前，一項重要的新創新進入了市場。
“Valor Glass 為藥品包裝的質量和性能設立了新標準，”康寧製藥技術副總裁兼總經理 Brendan Mosher 說。 “它專為製藥而設計，具有獨特的優勢，可以實現更快、更可靠的藥物製造和交付——這些屬性對於 SARS-CoV-2 大流行反應至關重要。”
這是康寧如何建立一個知識淵博的研發組織並創造出一種新的玻璃類別，使製藥產能在一夜之間翻倍的故事。
尋求在三個方面交付：化學耐久性、強度和可加工性
始於 2011 年的一個非常小的項目隨著時間的推移發展成為康寧生命科學組織內的一個完整部門。 最初，現任高級統計和測量開發工程師 Michael Anderson 解釋說，該團隊的主要目標是與其原始開發合作夥伴默克合作，提高藥品包裝的強度和化學耐久性。 Anderson 於 2013 年左右加入該團隊，先是作為支持該項目工程組的統計員，然後是研發方面的計量專家。
康寧意識到製藥行業最令人擔憂的製造問題之一是硼污染；尤其是腐蝕性藥物會導致傳統硼矽玻璃小瓶的內襯隨著時間的推移分層，最終損壞整批藥物和疫苗。 “但製藥商面臨的痛點會隨著時間的推移而改變，”安德森說；當康寧有了化學耐久性的解決方案後，他們的開發合作夥伴就要求他們解決破損問題。 最終，輝瑞也加入了進來，隨著科學家們尋求減少傳統小瓶塗層引起的摩擦，工廠優化成為焦點。
“如果您想在未來六個月內在現有設備上填充 5 億個小瓶，那麼這些部件的移動速度突然成為您的第一要務，”安德森解釋說。 “這就是我們所說的可加工性”，即生產線的運行速度。
要在單一玻璃配方中解決所有三個挑戰，需要多年的實驗、積累產品知識、偶爾回到繪圖板並逐步優化。 安德森說，這是一個漫長的過程，但它的成功歸功於康寧在玻璃科學方面的深厚根基以及對統計過程知識的奉獻。
在康寧，每個人都是工藝工程師
康寧是一個科學精神根深蒂固的組織，其董事——許多前研發科學家和統計學家——都支持廣泛採用統計方法。 安德森解釋說，統計是康寧公司每個職位描述的一部分，從材料到製造再到供應鏈物流。 他們的口頭禪？ 每個人都是工藝工程師，每個工藝工程師都必須具備數據分析能力。
雖然公司可能對統計素養設定了很高的期望，但康寧還為員工提供一流的設備和工具，以實施高效和有效的統計方法和實驗設計。 與其他公司不同，安德森說，“康寧優先確保人們擁有他們需要的工具。”
對於康寧來說，這涉及 JMP 和 JMP Pro 軟件的許可，這是一種行業最愛，將強大的統計數據與用戶友好的可視化相結合。 “JMP 將處理不平衡的數據集。 它會告訴你風險是什麼，處理它，讓你做出明智的選擇，而不僅僅是說不，”安德森說。 JMP 所提供的是“一種價格具有競爭力的產品，它結合了任何工程師的常用用途和高級用途的統計工具，讓您可以查看工程和研究領域的人員必須處理的任何問題。每天一次。”
在發展成為 Valor Glass 的過程中，安德森笑道：“幾乎很難想像 JMP不是用過的。”該軟件概念驗證的關鍵領域之一是實驗設計 (DOE)。
實驗設計，一種更具戰略性的實驗方法，即使失敗也能提供有價值的見解
DOE 是應用統計學的一個分支，它使用受控測試來識別和分析影響一個參數或一組參數的因素。 在 DOE 中，科學家擁有強大的數據收集和分析方法，可以更好地了解因素之間的相互作用，並允許同時處理多個輸入因素。
Anderson 解釋說，JMP 中的 DOE 是優化 Valor 配方的組分比例和工藝設置變化等的關鍵。 “化學強化用於使玻璃如此堅固，還有外部塗層用於使小瓶在工廠的灌裝線中以兩倍的速度飛行，”他解釋說，並補充說，在每個特徵中，還有其他子特徵也需要優化。
“材料的真理：沒有萬能的。 如果你增加一個[因子]，通常你會妥協其他的東西。 例如，我們希望我們的塗層盡可能透明，但也能夠經受住它經歷的任何過程 [當它被填充時]，”他說。 “為了優化組分比例以找出這些組分中的子組分，我們所做的配方和響應面以及混合物 DOE 的數量是巨大的。”
幸運的是，康寧以許多競爭對手沒有的方式優先考慮了企業層面的研發。通過為實驗分配足夠的資金以允許開發團隊失敗。 “能夠失敗是昂貴的，但這是實驗的關鍵部分，”安德森說。 “在康寧，我從未在進行實驗時遇到任何重大阻力。 我們想盡可能多地學習我們所花的錢。 當我說，‘我想把它作為一個完全設計好的實驗來做’時，我從來沒有遇到過阻力。 [DOE] 在這一點上被培育成康寧。”
JMP 是 DOE 和各種統計學習的一站式服務點
然而，設計只是 DOE 的一半。 無論團隊實施哪種類型的設計，分析都同樣重要。 Anderson 解釋說，在 Valor Glass 的開發過程中，團隊不僅要確定關鍵因素、它們的優勢和相互作用，還要了解這些效果在繪製時的外觀至關重要。 在某些情況下，這就像觀察小瓶側面的均勻性一樣簡單； “通過可視化，你會立即知道是否有問題。”
Anderson 說，數據可視化通過一目了然的質量檢查來加速分析過程，這是 JMP 擅長的領域。 軟件中的一系列 Profiler 是用戶交互式探索設計空間、直觀地發現可行的操作方式和因素設定點的一種簡單方法。 “29 年前，我在 JMP 上以交互方式繪製數據的即時能力使我受益匪淺——而且確實如此。 我認為每個人都喜歡 Graph Builder 作為他們 JMP 世界的中心，”安德森說。
JMP 中的 Graph Builder 平台通常被視為應用工業統計新手的切入點，而康寧廣泛的內部培訓和繼續教育資源目錄可幫助用戶從這些基礎上培養技能。 安德森說，公司的內部統計課程已經發展以跟上工具的步伐，包括康寧的入門級數據解釋課程。 更高級的課程包括 DOE、質量系統和測量系統分析。
在這些發展機會中，康寧通過與 SAS Education 合作以及在初級、中級和高級級別提供的年度 JMP 日提供專業的 JMP 培訓。 一個內部論壇還主持專注於各種應用程序的用戶組。
從 30 分鐘到幾秒鐘，自定義腳本簡化了重複分析
隨著康寧的數字化轉型計劃和工廠技術（不僅在康寧，而且在整個行業）變得更加集成，數據攝入量的增加，研發團隊正在尋找自定義工具來查詢和分析數據 - 並避免數據的潛在陷阱筒倉。 Anderson 解釋說，腳本正在幫助工程師定制可以一次從多個數據庫中提取數據的插件，優化組織不僅在生產層面而且在開發層面獲得的好處。
用 JMP 腳本語言編寫的自定義腳本還有助於繞過耗時的數據清理任務和重複分析。 它就像為數據捕獲和組織設置條件一樣簡單。 “當 [工程師] 完成對某些零件的測量後，我會進去運行一個腳本，這需要我 15 秒，”安德森說。 “手動完成這件事 [就像我們過去所做的那樣] 至少需要我 30 分鐘。”
從每分鐘 300 瓶到 750 瓶，Valor Glass 將生產線速度提高一倍——適用於 COVID-19 疫苗及其他疫苗
Valor Glass 是對所有參數進行精心優化的配方，於 2019 年底發布並獲得 FDA 批准後，為藥品包裝設定了新的黃金標準。 它的優勢很明顯：傳統的生產線只能以每分鐘 300 到 400 個小瓶的速度運行，而 Valor Glass 小瓶使製造商能夠以高達每分鐘 750 個小瓶的速度運行工廠——幾乎在一夜之間將工廠的總產能增加了一倍多.
到 2020 年的頭幾個月，隨著新型冠狀病毒 SARS-CoV-2 在世界範圍內迅速傳播，康寧的創新是多麼及時顯而易見。 2020 年 6 月，生物醫學高級研究與發展局授予康寧 2.04 億美元贈款，用於快速擴大 Valor Glass 的生產，這一創新得到了美國國防部的認可。
隨著 Valor Glass 現在準備加快 COVID-19 疫苗在全球的交付時間表，康寧 10 年在細緻、數據驅動的研發方面的投資不僅在設計第一方面取得了回報，而且對社會產生了真正的影響。 加快疫苗分發實際上可以挽救生命。
