Nieuwe simulatietechnologie ontwikkeld door TU Graz is ontworpen om de productie van biofarmaceutica efficiënter te maken, kosteneffectief en begrijpelijk voor fabrikanten.

De vraag naar biofarmaceutica is groot:biofarmaceutische actieve ingrediënten, met andere woorden, genetisch gemanipuleerde medicijnen - goed voor zeven van de tien bestverkochte medicijnen ter wereld in 2018. En het aandeel zal stijgen, omdat biofarmaceutica kunnen worden gebruikt om aandoeningen zoals multiple sclerose en bloedarmoede te bestrijden, evenals vele vormen van kanker en zeldzame ziekten, die niet met chemische en synthetische middelen kunnen worden behandeld. Maar zo'n werkzaamheid heeft een prijs. Hoewel chemisch geproduceerde medicijnen "kleine moleculen" zijn die relatief eenvoudig te vervaardigen zijn en in tabletvorm verkrijgbaar zijn, biofarmaceutische geneesmiddelen bevatten gewoonlijk honderden of duizenden atomen.

Dit maakt de productie van biofarmaceutica extreem complex:er zijn micro-organismen nodig die reacties in bioreactoren aansturen, gaat om dure experimenten die worden uitgevoerd op basis van vallen en opstaan, en is gebaseerd op empirische waarden. "Momenteel, het ontbreekt de biotech-industrie aan diepgaande proceskennis. Mensen dat het productieproces werkt, maar ze weten niet waarom of hoe het precies werkt, ", legt Christian Witz van het Institute of Process and Particle Engineering aan de TU Graz uit.

Computergebaseerde simulaties zijn essentieel voor het vergroten van de proceskennis, en zou ook de opschaling van het laboratorium naar de productieschaal aanzienlijk kunnen versnellen. Echter, de momenteel op de markt beschikbare simulatieprogramma's zijn niet geschikt voor routinematige toepassing, aangezien ze maanden nodig hebben om de nodige berekeningen uit te voeren, en beroep doen op expertise met het uitvoeren van simulaties, evenals aanzienlijke rekenkracht.

Hier komt het onderzoek van Christian Witz om de hoek kijken. Hij werkt aan een nieuwe, gebruiksvriendelijke en snelle simulatiesoftware die erop gericht is om processimulatie wortel te laten schieten in de biofarmaceutische industrie. "Mijn systeem zal de simulatietijd verkorten van maanden tot een kwestie van uren. Het kan worden bediend door mensen zonder kennis van simulatie en draait op standaard commerciële grafische kaarten." De nieuwe software verkort de tijd die nodig is voor het oplossen van problemen en belooft meer gedetailleerde inzichten in processen. Dit zal helpen om de productie van biofarmaceutica efficiënter te maken. “Bedrijven hoeven minder experimenten uit te voeren om de stap van het lab naar productie op industriële schaal te maken, besparing ergens tussen de EUR 300, 000 en EUR 1 miljoen, " zegt Witz, verwijzend naar de laatste schattingen.

End-to-end processimulatie ondersteunt productieprocessen

De nieuwe software, die sinds 2017 in industrieel onderzoek wordt gebruikt, is gebaseerd op simulatiecode die Witz ontwikkelde voor beluchte en geroerde bioreactoren. Bijvoorbeeld, het programma simuleert de beweging van micro-organismen in de reactor of het transport van opgeloste zuurstof die vrijkomt uit luchtbellen. Als onderdeel van het ComBioPro-project (Computational BioProcess Design), Witz zal verdere algoritmen in de software integreren, waardoor een nog preciezere en gebruiksvriendelijkere weergave van fysische en biochemische processen in bioreactoren mogelijk wordt. Onder andere, het doel is om de evaluatie van ruwe simulatiegegevens gedeeltelijk te automatiseren, en om zeer grote luchtbellen in een reactor te simuleren. De simulatieresultaten zullen uiteindelijk worden meegenomen in besluitvormingsprocessen voor ontwerp en productie. Beurtelings, dit zou bedrijven in staat stellen om meer projecten in een kortere tijd te simuleren, en tests uit te voeren die laten zien waar en hoe productiviteitsverliezen optreden in een reactor.

Dit komt door de unieke inzichten die de software biedt in biofarmaceutische productieprocessen, zoals Witz opmerkt:"Hoe kunnen we de bioreactoromstandigheden creëren waarin de micro-organismen het meest productief zijn? Hoe beïnvloedt de snelheid van het roerwerk of de beluchtingssnelheid het proces? Waar in de reactor hebben overmatige schuifkrachten invloed op de micro-organismen? De simulatiesoftware helpt om deze en andere vragen te beantwoorden."