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康宁通过药物包装创新加速 COVID-19 疫苗的交付
一种全新的玻璃配方有望将疫苗制造时间缩短一半。 JMP® 中的实验设计为其发现铺平了道路。
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挑战：即使正在进行 COVID-19 疫苗的分发，制药公司也可能需要数月甚至数年的时间来生产足够的数量来满足全球需求。 制造生产线的运行速度长期以来一直受到一个关键因素的限制：如果工厂机器运行速度过快，即使是最好的医用级玻璃小瓶也容易破裂和化学降解。
解决方案：康宁的科学家和工程师利用实验设计开发了一种革命性的新型玻璃配方——Valor® Glass——专为加速药物制造而设计。 JMP 和 JMP Pro 将一流的 DOE 工具交到参与这项工作的每位科学家手中。
结果：康宁的创新计划将制造产量提高多达 50%，从而确立了副总裁 Brendan Mosher 所说的“药品包装质量和性能的新标准”。通过将标准药品生产线的产能从每分钟 300 瓶增加到 750 瓶，Valor Glass 将在获得监管批准后尽快加快 COVID-19疫苗的交付。
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随着世界各国面临一个世纪以来最致命的流行病，科学家们竞相开发一种安全有效的 COVID-19 疫苗。 截至 2020 年 9 月，已有 40 种候选疫苗进入临床试验，90 多种候选疫苗正在进行动物临床前研究。 但是疫苗的发现只是通过疫苗接种获得全球群体免疫的第一个障碍。大规模制造几乎肯定会造成分销的主要瓶颈。
由于许多候选疫苗需要每人多次接种，专家估计在 70 亿至 150 亿剂之间
仅在 2021 年，全球就需要疫苗。 制药公司现在面临着前所未有的压力，需要以远远超过以前的标准时间表来加速生产。 阿斯利康执行董事兼首席执行官帕斯卡尔·索里奥特 (Pascal Soriot) 在 2020 年年中对记者说：“面临的挑战不是制造疫苗本身，而是灌装小瓶。”
与 2020 年出现的许多新型 COVID-19 候选疫苗的情况一样，疫苗是大批量生产的，但包装在小玻璃瓶中，每瓶含有一到十剂供分发。 然而，填充小瓶的过程历来是延误和过程中停工的根源，这会减慢药物或疫苗到达患者的速度。
现代制药生产线高度自动化，虽然理论上最先进的机器可以以最高速度运行，但这样做甚至会导致硼硅酸盐小瓶——行业的黄金标准——破碎或分层颗粒进入小瓶的内容物。 硼硅酸盐在极端温度下的化学耐久性也是需要超冷链储存的疫苗制造商的一个令人担忧的限制，就像辉瑞和 BioNTech 在 2020 年开发的 COVID-19 疫苗一样。
为了解决这些以及其他与玻璃相关的生产限制，康宁公司与多家制药行业领导者建立了开发合作伙伴关系。 早在 2012 年，科学家就开始探索玻璃配方空间，以开发用于生命科学应用的新型优质产品。 康宁及其合作伙伴测试了 200 多种不同的玻璃成分，然后创造出一种新型铝硅酸盐玻璃，其强度和化学稳定性比以前的黄金标准高 10 倍以上。
Valor® Glass 诞生了，就在中国武汉发现 COVID-19 的几个月前，一项重要的新创新进入了市场。
“Valor Glass 为药品包装的质量和性能设立了新标准，”康宁制药技术副总裁兼总经理 Brendan Mosher 说。 “它专为制药而设计，具有独特的优势，可以实现更快、更可靠的药物制造和交付——这些属性对 SARS-CoV-2 大流行反应至关重要。”
这是康宁如何建立一个知识渊博的研发组织并创造出一种新的玻璃类别，使制药产能在一夜之间翻倍的故事。
寻求在三个方面交付：化学耐久性、强度和可加工性
始于 2011 年的一个非常小的项目随着时间的推移发展成为康宁生命科学组织内的一个完整部门。 最初，现任高级统计和测量开发工程师 Michael Anderson 解释说，该团队的主要目标是与其原始开发合作伙伴默克合作，提高药品包装的强度和化学耐久性。 Anderson 于 2013 年左右加入该团队，先是作为支持该项目工程组的统计员，然后是研发方面的计量专家。
康宁意识到制药行业最令人担忧的制造问题之一是硼污染；尤其是腐蚀性药物会导致传统硼硅玻璃小瓶的内衬随着时间的推移分层，最终损坏整批药物和疫苗。 “但制药商面临的痛点会随着时间的推移而改变，”安德森说；当康宁有了化学耐久性的解决方案后，他们的开发合作伙伴就要求他们解决破损问题。 最终，辉瑞也加入了进来，随着科学家们寻求减少传统小瓶涂层引起的摩擦，工厂优化成为焦点。
“如果您想在未来六个月内在现有设备上填充 5 亿个小瓶，那么这些部件的移动速度突然成为您的第一要务，”安德森解释说。 “这就是我们所说的可加工性”，即生产线的运行速度。
要在单一玻璃配方中解决所有三个挑战，需要多年的实验、积累产品知识、偶尔回到绘图板并逐步优化。 安德森说，这是一个漫长的过程，但它的成功归功于康宁在玻璃科学方面的深厚根基以及对统计过程知识的奉献。
在康宁，每个人都是工艺工程师
康宁是一个科学精神根深蒂固的组织，其董事——许多前研发科学家和统计学家——都支持广泛采用统计方法。 安德森解释说，统计是康宁公司每个职位描述的一部分，从材料到制造再到供应链物流。 他们的口头禅？ 每个人都是工艺工程师，每个工艺工程师都必须具备数据分析能力。
虽然公司可能对统计素养设定了很高的期望，但康宁还为员工提供一流的设备和工具，以实施高效和有效的统计方法和实验设计。 与其他公司不同，安德森说，“康宁优先确保人们拥有他们需要的工具。”
对于康宁来说，这涉及 JMP 和 JMP Pro 软件的许可，这是一种行业最爱，将强大的统计数据与用户友好的可视化相结合。 “JMP 将处理不平衡的数据集。 它会告诉你风险是什么，处理它，让你做出明智的选择，而不仅仅是说不，”安德森说。 JMP 所提供的是“一种价格具有竞争力的产品，它结合了任何工程师的常用用途和高级用途的统计工具，让您可以查看工程和研究领域的人员必须处理的任何问题。每天一次。”
在发展成为 Valor Glass 的过程中，安德森笑道：“几乎很难想象 JMP不是用过的。”该软件概念验证的关键领域之一是实验设计 (DOE)。
实验设计，一种更具战略性的实验方法，即使失败也能提供有价值的见解
DOE 是应用统计学的一个分支，它使用受控测试来识别和分析影响一个参数或一组参数的因素。 在 DOE 中，科学家拥有强大的数据收集和分析方法，可以更好地了解因素之间的相互作用，并允许同时处理多个输入因素。
Anderson 解释说，JMP 中的 DOE 是优化 Valor 配方的组分比例和工艺设置变化等的关键。 “化学强化用于使玻璃如此坚固，还有外部涂层用于使小瓶在工厂的灌装线中以两倍的速度飞行，”他解释说，并补充说，在每个特征中，还有其他子特征也需要优化。
“材料的真理：没有万能的。 如果你增加一个[因子]，通常你会妥协其他的东西。 例如，我们希望我们的涂层尽可能透明，但也能够经受住它经历的任何过程 [当它被填充时]，“他说。 “为了优化组分比例以找出这些组分中的子组分，我们所做的配方和响应面以及混合物 DOE 的数量是巨大的。”
幸运的是，康宁以许多竞争对手没有的方式优先考虑了企业层面的研发。通过为实验分配足够的资金以允许开发团队失败。 “能够失败是昂贵的，但这是实验的关键部分，”安德森说。 “在康宁，我从未在进行实验时遇到任何重大阻力。 我们想尽可能多地学习我们所花的钱。 当我说，‘我想把它作为一个完全设计好的实验来做’时，我从来没有遇到过阻力。 [DOE] 在这一点上被培育成康宁。”
JMP 是 DOE 和各种统计学习的一站式服务点
然而，设计只是 DOE 的一半。 无论团队实施哪种类型的设计，分析都同样重要。 Anderson 解释说，在 Valor Glass 的开发过程中，团队不仅要确定关键因素、它们的优势和相互作用，还要了解这些效果在绘制时的外观至关重要。 在某些情况下，这就像观察小瓶侧面的均匀性一样简单； “通过可视化，你会立即知道是否有问题。”
Anderson 说，数据可视化通过一目了然的质量检查来加速分析过程，这是 JMP 擅长的领域。 软件中的一系列 Profiler 是用户交互式探索设计空间、直观地发现可行的操作制度和因素设定点的一种简单方法。 “29 年前，我在 JMP 上以交互方式绘制数据的即时能力使我受益匪浅——而且确实如此。 我认为每个人都喜欢 Graph Builder 作为他们 JMP 世界的中心，”安德森说。
JMP 中的 Graph Builder 平台通常被视为应用工业统计新手的切入点，而康宁广泛的内部培训和继续教育资源目录可帮助用户从这些基础上培养技能。 安德森说，公司的内部统计课程已经发展以跟上工具的步伐，包括康宁的入门级数据解释课程。 更高级的课程包括 DOE、质量系统和测量系统分析。
在这些发展机会中，康宁通过与 SAS Education 合作以及在初级、中级和高级级别提供的年度 JMP 日提供专业的 JMP 培训。 一个内部论坛还主持专注于各种应用程序的用户组。
从 30 分钟到几秒钟，自定义脚本简化了重复分析
随着康宁的数字化转型计划和工厂技术（不仅在康宁，而且在整个行业）变得更加集成，数据摄入量的增加，研发团队正在寻找自定义工具来查询和分析数据 - 并避免数据的潜在陷阱筒仓。 Anderson 解释说，脚本正在帮助工程师定制可以一次从多个数据库中提取数据的插件，优化组织不仅在生产层面而且在开发层面获得的好处。
用 JMP 脚本语言编写的自定义脚本还有助于绕过耗时的数据清理任务和重复分析。 它就像为数据捕获和组织设置条件一样简单。 “当 [工程师] 完成对某些零件的测量后，我会进去运行一个脚本，这需要我 15 秒，”安德森说。 “手动完成这件事 [就像我们过去所做的那样] 至少需要我 30 分钟。”
从每分钟 300 瓶到 750 瓶，Valor Glass 将生产线速度提高一倍——适用于 COVID-19 疫苗及其他疫苗
Valor Glass 是对所有参数进行精心优化的配方，于 2019 年底发布并获得 FDA 批准后，为药品包装设定了新的黄金标准。 它的优势很明显：传统的生产线只能以每分钟 300 到 400 个小瓶的速度运行，而 Valor Glass 小瓶使制造商能够以高达每分钟 750 个小瓶的速度运行工厂——几乎在一夜之间将工厂的总产能增加了一倍多.
到 2020 年的头几个月，随着新型冠状病毒 SARS-CoV-2 在世界范围内迅速传播，康宁的创新是多么及时显而易见。 2020 年 6 月，生物医学高级研究与发展局授予康宁 2.04 亿美元赠款，用于快速扩大 Valor Glass 的生产，这一创新得到了美国国防部的认可。
随着 Valor Glass 现在准备加快 COVID-19 疫苗在全球的交付时间表，康宁 10 年在细致、数据驱动的研发方面的投资不仅在设计第一方面取得了回报，而且对社会产生了真正的影响。 加快疫苗分发实际上可以挽救生命。
