Het wereldwijde gezondheidszorgbedrijf GSK werkt samen met digitaliseringsexpert Siemens en specialist op vlak van digitale transformatie ATOS om zijn vaccinontwikkelings- en productieproces te digitaliseren. Een belangrijk voordeel is de veel kortere ontwikkelingstijd voor vaccins, zodat ze sneller en met de optimale kwaliteit beschikbaar gesteld kunnen worden. De digital twin speelt een grote rol.

Op dit moment gebeurt de ontwikkeling van vaccins doorgaans in vele kleine silo’s, elk tot op zekere hoogte gedigitaliseerd in hun eigen omgeving, maar nauwelijks met elkaar verbonden. Hier is er potentieel voor optimalisatie. Wanneer we het proces als geheel zouden kunnen beschouwen en de hele waardeketen digitaliseren, dan zou dat een aanzienlijke verbetering betekenen.

Digital twin: de echte en digitale wereld in een gesloten cyclus

Hiervoor biedt Siemens een innovatief portfolio van Digital Enterprise-oplossingen aan – dit omvat productontwerp, hier dus de ontwikkeling van het vaccin en het actieve bestanddeel, ook wel primaire verwerking genoemd, en de productie van het farmaceutische product zelf, of secundaire verwerking. Siemens werkte samen met GSK en ATOS aan de ontwikkeling van een innovatief concept, de digital twin, dat de echte en digitale wereld in een gesloten cyclus combineert.

Met digital twins kunnen we precies begrijpen wat er in real time tijdens de productie gebeurt. Met die informatie kunnen we de processen optimaliseren.

 

Focus op adjuvanstechnologieën bij GSK

Als eerste toepassing om de digital twin te testen, hebben GSK, Siemens en ATOS in het kader van een proof-of-concept een digital twin ontwikkeld, specifiek voor de ontwikkeling en productie van adjuvanstechnologieën. Adjuvantia zijn vaccinadditieven die de immuunrespons stimuleren. Dit kan een essentiële rol spelen bij de bescherming van mensen met een zwakker immuunsysteem, zoals oudere volwassenen en mensen met immuundeficiëntie. Adjuvantia helpen ook de benodigde hoeveelheid antigeen voor elke vaccindosis te verminderen, zodat er meer vaccindoses beschikbaar zijn wanneer de vraag groot is.

Krachtige software voor een uitdagende taak

Voor de simulatie moest eerst de ‘zwarte doos’ van adjuvansdeeltjes worden geopend. Met behulp van mechanische modellen en artificiële intelligentie (AI) ontwikkelden de partners een hybride model om het proces te simuleren en te monitoren. Daarbij koppelt de digital twin de procesparameters aan de kwaliteit van het adjuvans. De sensoren en procesanalysetechnologie (PAT) leveren informatie die de digital twin gebruikt om de kwaliteit van het product te voorspellen. Elke afwijking van de optimale kwaliteit wordt gedetecteerd en de digital twin beïnvloedt de procesparameters om ze te corrigeren volgens de doelvoorschriften.

Hierbij spelen verschillende softwareoplossingen een rol:

  • De software Simatic SIPAT ter ondersteuning van PAT zorgt voor onbeperkte gegevenstransparantie vanaf de productontwikkeling en integreert de gecorreleerde gegevens opnieuw in het proces.
  • Het Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) integreert hardware, software en diensten. Het vergemakkelijkt de volledige toegang tot het volledige gedigitaliseerde automatiseringssysteem en vormt de basis voor het engineeringproces dat bij de implementatie wordt gebruikt.
  • Simulatiesoftware modelleert en simuleert het proces dat ook ondersteund wordt door machine learning.

Simulatie: numerieke stromingsleer (CFD)

De tijdsfactor vormde echter een bijzondere uitdaging voor de simulatie van adjuvantia. Omdat de deeltjessimulatie van adjuvantia zeer rekenintensief is, kan het berekeningsproces enkele uren duren. Dat is een probleem voor realtime-interactie tussen de digital twin en de echte wereld.

Voor de simulatie moesten de projectpartners de ‘black box’ van de adjuvansdeeltjes openen.

De projectpartners hebben daarom het hier geïllustreerde proces geëxtraheerd en gesimuleerd met behulp van de numerieke stromingsleer (CFD). Zo konden ze op voorhand simulatiebestanden voor alle mogelijke gevallen genereren en opslaan. In combinatie met gegevens van statistische onderzoeksplanning (DoE) en machine learning stelt hen dit in staat te voorspellen welke adjuvansdeeltjes zullen worden gecreëerd bij elke verandering van de cruciale parameters. Daardoor is het model geschikt voor realtimeverwerking van gegevens.

Digitalisering: een snellere ontwikkeling en productie van nieuwe vaccins

Met digital twins is het nu mogelijk om gegevens te verzamelen om precies te begrijpen wat er in real time gebeurt tijdens de productie van vaccins. Op die manier kunnen de processen geoptimaliseerd worden. Het zorgt er niet alleen voor dat complexe processen gemonitord kunnen worden, maar voorspelt ook hoe veranderingen hen zouden beïnvloeden.

Kortom, met digitalisering kunt u de processen bij GSK versnellen. In de volgende stap wil GSK samen met Siemens zijn visie ondersteunen om nieuwe digital twins te ontwikkelen en te introduceren voor het volledige ontwikkelingsproces van nieuwe vaccins. Zo kunnen de digital twins van product, productie en performance aan elkaar gekoppeld worden.

Voor meer info, contacteer Nicolas Catrysse (nicolas.catrysse@siemens.com).