La société de soins de santé mondiale GSK collabore avec Siemens, spécialiste de la digitalisation, et ATOS, leader de la transformation digitale, pour digitaliser son processus de développement et de production de vaccins. Principal avantage : une nette réduction des délais de développement, ce qui permettra de rendre les vaccins plus rapidement disponibles avec une qualité optimale. Le digital twin joue un rôle majeur dans cette avancée.

Actuellement, le développement des vaccins est généralement organisé en petits silos, lesquels sont plus ou moins digitalisés dans leur propre environnement mais peu connectés entre eux. Il existe donc un potentiel d’optimisation à ce niveau. Pouvoir considérer le processus dans son ensemble et digitaliser toute la chaîne de valeur représenterait une amélioration majeure.

Le digital twin : les mondes réel et digital en boucle fermée

Pour cela, Siemens propose une offre innovante de solutions Digital Enterprise couvrant la conception du produit – le développement du vaccin et la fabrication du principe actif (transformation primaire) – et la fabrication du produit pharmaceutique lui-même (transformation secondaire). Siemens a collaboré avec GSK et ATOS pour développer le concept novateur de digital twin, qui combine les mondes réel et digital en une boucle fermée.Les digital twins permettent de collecter des données afin de comprendre exactement ce qui se passe dans la production en temps réel et d’optimiser les opérations.

Focus sur les adjuvants chez GSK

En guise de première application test, GSK, Siemens et ATOS ont réalisé une démonstration de faisabilité (proof of concept) basée sur un digital twin conçu spécialement pour le développement et la fabrication d’adjuvants. Ceux-ci sont des additifs utilisés dans les vaccins pour booster la réponse immunitaire. Ils peuvent jouer un rôle essentiel pour protéger ceux qui ont un système immunitaire plus faible, comme les personnes âgées ou immunodéprimées. Les adjuvants contribuent également à réduire le volume d’antigènes nécessaire dans chaque dose de vaccin, permettant ainsi d’en produire plus lorsque la demande est forte.

Un puissant logiciel pour une tâche ardue

Pour la simulation, il a d’abord fallu décoder la « boîte noire » des particules d’adjuvant. À l’aide de modèles mécaniques et de l’intelligence artificielle (IA), les partenaires ont développé un modèle hybride en vue de simuler et de surveiller le processus. Le digital twin fait le lien entre les paramètres du processus et la qualité de l’adjuvant. Les capteurs et la technologie analytique des procédés (PAT) fournissent des informations qui alimentent le digital twin afin de prédire la qualité du produit. Tout écart par rapport à la qualité optimale est anticipé et le digital twin agit sur les paramètres du processus pour rectifier et atteindre les valeurs ciblées.

Plusieurs solutions logicielles interviennent ici :

  • Le logiciel d’analyse de procédé Simatic SIPAT garantit une transparence totale des données dès le stade du développement de produit et renvoie les données corrélées dans le processus.
  • Le Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) intègre les matériels, les logiciels et les services. Il permet un accès total à l’ensemble du système d’automatisation digitalisé et constitue la base du processus d’ingénierie utilisé lors de la mise en service.
  • Un logiciel de simulation a été utilisé pour modéliser et visualiser le processus, qui est également soutenu par l’apprentissage machine.

Simulation : dynamique des fluides computationnelle (CFD)

Le facteur temps était toutefois particulièrement problématique pour la simulation des adjuvants. Comme la simulation des particules d’adjuvant exige énormément de calculs, l’opération peut prendre plusieurs heures, ce qui pose un problème pour l’interaction en temps réel entre le digital twin et le monde physique.

Pour pouvoir réaliser la simulation, les partenaires du projet ont dû déchiffrer la « boîte noire » des particules d’adjuvant.

Les partenaires du projet ont donc isolé le processus illustré ici pour le simuler à l’aide de la dynamique des fluides computationnelle (CFD), afin de générer et de sauvegarder des fichiers de simulation à l’avance pour toutes sortes de cas. Combinés à des données issues des plans d’expérience (DoE) et de l’apprentissage machine, ces fichiers leur ont permis de prédire les particules d’adjuvant qui seraient créées à chaque changement des paramètres critiques. De ce fait, le modèle est adapté à l’exploitation en temps réel.

Digitalisation : développement et production plus rapides des nouveaux vaccins

Il est désormais possible, avec les digital twins, de collecter des données pour comprendre exactement ce qui se passe en temps réel pendant la production du vaccin, ce qui permet d’optimiser les opérations. Le fabricant peut non seulement surveiller des procédés complexes, mais aussi prédire la manière dont un changement les affecterait.

La digitalisation accélère donc la production des vaccins chez GSK. L’entreprise souhaite encore collaborer avec Siemens par la suite pour réaliser son objectif : créer et introduire de nouveaux digital twins pour l’ensemble du processus de développement des nouveaux vaccins. Les digital twins des produits, de la production et des performances seront ainsi reliés entre eux.

Pour plus d’infos, contactez Nicolas Catrysse (nicolas.catrysse@siemens.com).