La frontiera

Gemello virtuale: le applicazioni nell’industria farmaceutica e i nodi da sciogliere

Il gemello digitale viene usato per simulare gli effetti dei diversi componenti dei farmaci durante lo sviluppo ma manca ancora la gestione dell’intero ciclo di vita del processo. Esempi e prospettive di utilizzo verso il quality by design e il rilascio di prodotti in tempo reale

04 Apr 2022
Guido Porro

Managing Director EUROMED e Amministratore Delegato Italia, Dassault Systèmes

CMC – Chemistry, Manufacturing and Control: il gemello virtuale sta dimostrando di poter contribuire a fornire maggiore agilità, flessibilità e velocità lungo l’intero processo dell’industria farmaceutica.

Un’industria sollecitata dalla crisi pandemica e dalla personalizzazione dell’assistenza sanitaria, e chiamata a ridurre i costi, accelerare i tempi di commercializzazione dei farmaci e passare a processi di produzione agili e flessibili.

E i gemelli virtuali nell’industria farmaceutica possono aiutare a comprendere, strutturare, modellare e simulare dati per ottimizzare prodotti, processi e impianti in termini di qualità, costi e sostenibilità.

Il gemello digitale del corpo umano: la nuova frontiera della medicina personalizzata

Il gemello virtuale, replica di un’entità fisica, di una persona o di un sistema anche complesso, consente di raggiungere una comprensione del “passato” talmente profonda da permettere di immaginare il futuro e navigare al suo interno.

I gemelli virtuali contribuiscono a fornire esperienze, in tempo reale, con precisione ed accuratezza, per mezzo di simulazioni multi-fisiche di sistemi sofisticati, ossia modellazioni attraverso le quali testare virtualmente e quindi comprendere determinati sistemi e il relativo uso in un particolare ambiente.

Il contributo della modellazione e simulazione può essere significativo nel favorire un più alto grado di comprensione del processo stesso come delle singole risorse impiegate. Può inoltre aiutare a semplificare la valutazione e riduzione dei rischi, le analisi sulla qualità e la qualità degli impianti e dei processi nel loro complesso.

Gemello virtuale: manca la gestione del ciclo di vita, simulazione a pezzi

Il vero nucleo dello sviluppo nel settore farmaceutico, più che in altri, risiede nei processi: ecco perché è fondamentale comprenderli pienamente, nella loro estrema complessità.

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Questo livello di comprensione riguarda anche il saper prevedere in modo affidabile come ogni eventuale cambiamento di un parametro influenzerà il processo di produzione, oltre ad aver un impatto su qualità, sostenibilità e resa del farmaco da commercializzare.

Il gemello virtuale rappresenta esattamente la risposta tecnologica all’esigenza del settore di facilitare, mediante la modularizzazione, una profonda comprensione del processo di sviluppo e di tutte le sue componenti, secondo una logica “right first time” (RFT).

L’industria farmaceutica oggi è ancora priva però di proposte olistiche in grado di dimostrare come sarà un’esperienza di gemello virtuale di processo e quali saranno sue caratteristiche. Si basa tuttora su capacità di simulazione parziali e spesso isolate, focalizzate su alcuni aspetti specifici del processo e sulle singole fasi, piuttosto che sul processo nella sua interezza.

Verso un paradigma “virtual-first”

L’attenzione del settore tende ancora a concentrarsi sulla simulazione, in particolare basata sull’intelligenza artificiale (AI) e sull’apprendimento automatico (Machine Learning), mentre notiamo ancora l’assenza nei processi di una gestione del ciclo di vita del modello di base, a nostro parere cruciale considerato che l’industria farmaceutica si muove verso un paradigma “virtual-first”, nello sviluppo dei processi.

Approccio virtual-first ai processi che risulta supportabile tramite esperienze di gemello virtuale olistiche e multidimensionali, basate su una democratizzazione degli strumenti predittivi – siano essi requisiti, formule di elaborazione e procedure, risorse fisiche, oppure documenti, dati e informazioni sulla conformità alle normative – e gestite lungo l’intero ciclo di vita del processo di sviluppo, attraverso una moltitudine di simulazioni.

Non dimentichiamo l’importanza dell’adesione ai requisiti di quality target product profile (QTPP) in ambito produzione farmaci. L’apporto di una tecnologia come il gemello virtuale in questo senso potrebbe essere potenzialmente significativo, contribuendo ad accelerare l’offerta di sistemi centrati sul paziente, facilitando lo scambio di risultati scientifici e aumentando l’efficienza e la resa della produzione nel complesso.

In molti altri settori dell’industria le esperienze dei gemelli virtuali hanno già concorso a rivoluzionare il modo in cui i prodotti vengono ideati, progettati e realizzati.

Il concurrent engineering rappresenta oggi ad esempio uno degli standard nella produzione discreta, come quella automobilistica o aerospaziale, in cui i processi di produzione vengono sviluppati e ottimizzati direttamente mentre il prodotto passa attraverso le fasi di progettazione e ingegneria.

Le modifiche tecniche risultano immediatamente disponibili a tutti gli ingegneri, affinché criticità e rischi possano essere revisionati e risolti in modo collaborativo: ciò ha consentito a molte imprese di migliorare la qualità dei prodotti, riducendo al contempo il time to market e i costi.

In altri casi la produzione discreta utilizza simulazioni per testare virtualmente il prodotto e i comportamenti delle linee di produzione. Pensiamo ad esempio al crash test fisico di un nuovo modello di auto, eseguito quando le prime auto escono dalla linea di produzione finale. Le simulazioni in questo caso permettono di prevedere accuratamente il comportamento di crash, senza necessità di affrontare i costi di prototipazione, con una riduzione del time to market di mesi, se non di anni.

Nel settore beni di consumo, infine, il gemello virtuale sta già supportando la definizione di strategie “virtual first” – Unilever e P&G sono esempi di aziende che ne stanno beneficiando – mirate a ridurre il tempo e lo sforzo di sviluppo dei prodotti ossia a migliorare agilità e reattività alle mutevoli richieste del mercato, senza compromettere la qualità e riducendo i costi e l’impatto ambientale.

La marcia in più verso il quality by design e il rilascio in tempo reale

La pandemia COVID-19 e l’estrema accelerazione causata dalla domanda globale di vaccini hanno capovolto i cicli di sviluppo tradizionali e spinto in primo piano sviluppo di processo e produzione. Tutti i vaccini COVID-19 sono stati realizzati sviluppando simultaneamente il prodotto e il processo di produzione.

Grazie alla collaborazione digitale, le autorità di regolamentazione hanno potuto condividere dati accurati, contestualizzati, conformi e aggiornati in tempo quasi reale e scalare la capacità di produzione attraverso complesse reti di partner a livello globale.

La maturazione di nuove tecnologie, come l’analitica di processo (PAT), l’IIoT e altre, favoriranno nel prossimo futuro la diffusione dell’approccio quality by design (QbD) e real-time-release (rilascio in tempo reale). La FDA ha annunciato ad esempio un’espansione del suo impegno verso le tecnologie di produzione avanzate, prospettando un sistema moderno e resiliente per farmaci, prodotti biofarmaceutici, dispositivi medici e vaccini.

L’Agenzia Europea del farmaco (EMA) ha poi dichiarato che uno degli obiettivi dell’approccio quality-by-design è garantire che tutte le fonti di variabilità in un processo siano identificate, spiegate e gestite con misure appropriate affinché il medicinale possa soddisfare costantemente le sue caratteristiche predefinite, in ottica “right first time”.

Quality-by-design e ‘right first time’ richiedono un livello di controllo sul processo impossibile in assenza di una chiara identificazione e descrizione di tutte le fonti di possibile variabilità.

Gli strumenti tecnologici attualmente più impiegati, come sensori e unità di controllo, forniscono valore solo se abbinati ad un modello che permetta di mappare lo spazio di progettazione del processo, come spazio multidimensionale su cui avere il pieno controllo.

D’altro canto, le tradizionali strategie di controllo-qualità, rigide e restrittive, rendono le terapie più costose, i processi di rilascio lunghi e costosi quindi il time to market più lungo e i prezzi più alti.

La potenzialità del ruolo della digitalizzazione e della tecnologia virtual twin nel favorire una migliore comprensione dei processi nell’industria farmaceutica è tuttora da esplorare. Siamo ancora lontani dal vedere un approccio olistico ai gemelli virtuali in questo settore, in cui modellazione e simulazione rappresentano ancora l’eccezione, piuttosto che lo standard.

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