Biofarmaceutische geneesmiddelen lossen eerder onopgeloste problemen op, maar zijn zeer complex om te produceren. Een nieuwe simulatiesoftware moet de proceskennis systematiseren.
Biofarmaceutische geneesmiddelen kunnen worden gebruikt voor de behandeling van ziekten die niet met synthetische chemische stoffen kunnen worden behandeld. Voorbeelden zijn multiple sclerose en anemie, maar ook veel kankers en zeldzame ziekten. De vraag is dan ook groot. Volgens TU Graz zijn al zeven van de tien best verkochte geneesmiddelen gebaseerd op biofarmaceutische werkzame bestanddelen – d.w.z. dat ze genetisch zijn ontwikkeld.
De biofarmaceutische industrie heeft echter nog steeds een groot efficiëntieprobleem. Chemisch geproduceerde geneesmiddelen bestaan uit zogenaamde kleine moleculen en zijn gemakkelijk in tabletvorm te produceren. Biofarmaceutische preparaten bestaan meestal uit honderden tot duizenden atomen. Het complexe productieproces is gebaseerd op micro-organismen en vindt plaats in bioreactoren. De proceskennis is beperkt. Experimenten zijn gebaseerd op empirische waarden en worden uitgevoerd volgens het trial and error- principe. De oplossing voor het dilemma wordt gezien in simulatieprogramma’s die het mogelijk maken om systematisch gebruik te maken van proceskennis, zegt Christian Witz van Instituut voor Proces- en Deeltjestechnologie van de TU Graz. “Bestaande oplossingen vereisen een mainframe-computer, simulatie-expertise en maanden van berekeningstijd. Als zodanig zijn ze moeilijk toegankelijk en tijdrovend en brengen ze geen noemenswaardige verlichting.”
Systematisering van processen
Witz wil met zijn simulatiesoftware problemen sneller oplossen. “Bedrijven hebben minder proeven nodig om van het laboratorium naar de industriële productie te komen en kunnen tussen de driehonderdduizend en een miljoen euro besparen”. De software is gebaseerd op een simulatiecode voor bioreactoren die Witz in 2017 lanceerde. Het programma simuleert bijvoorbeeld de bewegingen van micro-organismen in de reactor of de verspreiding van zuurstof uit luchtbellen.
Als onderdeel van het project K-ComBioPro – computerondersteund procesontwerp – ontwikkelt hij nu simulatietechnologie tot een industrieel bruikbaar programma. Samen met co-onderzoeker Hans-Peter Schnöll wil hij de functies uitbreiden met een aantal modules. Bovendien streven de onderzoekers naar een gedeeltelijke automatisering van de evaluatie van de ruwe simulatiegegevens. Het project loopt tot mei 2021.
Met de implementatie van verdere algoritmes moeten de fysische en biochemische processen in de bioreactor nog nauwkeuriger in kaart worden gebracht en moet het systeem nog gebruiksvriendelijker worden. Dit moet een antwoord bieden op de essentiële vragen die zich voordoen in het biofarmaceutische productieproces. Antwoorden op deze vragen zullen bedrijven helpen om productieverliezen in de bioreactor in een aanzienlijk kortere simulatietijd te identificeren.
Industrie 4.0
Bovendien moet een uitgebreide markt- en concurrentieanalyse de voorbereiding van zakelijke en financiële plannen ondersteunen.De onderzoekers zien de technologie als een belangrijke bouwsteen voor de digitalisering van een vrij conservatieve industrie en een bouwsteen voor de industrie 4.0.
Met behulp van een spin-off fellowshipprogramma van het Oostenrijkse onderzoeksstimuleringsbureau FFG kunnen de twee onderzoekers nu een eigen bedrijf opzetten. Het doel van het bedrijf is verdeeld in twee delen: de uitvoering van simulaties in opdracht van biofarmaceutische bedrijven en hun advies; de verkoop van softwarelicenties aan bedrijven die hun gegevens niet delen en die met het programma willen werken.
De simulatiealgoritmen kunnen volgens Witz ook worden toegepast op andere technologieën en industrieën.
