Methodology development toward integration of process design of biopharmaceutical manufacturing and implementation of the decision-making tool

生物制药工艺设计与决策工具实施整合的方法学开发

基本信息

批准号：
18J13892
负责人：
白畑春来
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13892/
关键词：
プロセスシステム工学バイオ医薬品意思決定支援

项目摘要

本研究の目的は、バイオ医薬品製造プロセス設計の体系化に向けた手法構築と、意思決定ツールの実装である。具体的な体系化の内容としてまず培養、精製、無菌充填工程を網羅してプロセス全体をモデル化すること、そして複数の指標により多目的にプロセスを評価することが挙げられる。最後にモデルや評価指標をプロセス設計手法として統合し、ツールとして実装する。平成31年度では、主に3点の成果を上げた。まず、精製工程を対象に、12の単位操作で取り得る製造方式の選択肢を考慮し、3072通りのプロセス案を生成した。構築したプロセスモデルをもとに製造量を変化させ、収率と製造時間の評価をするケーススタディを行った。次に、無菌充填工程を対象に構築してきたプロセスモデルや多目的評価のアルゴリズムを、ライセンス版として公開するために改良した。考慮できるプロセス案や可変パラメタの選択肢を増やし、より詳細な感度解析の機能を追加した。プログラミングなどの作業は外部のプログラマーが行い、自分と研究室の他の学生は協働して仕様の策定に携わった。今までに培養・精製・無菌充填工程を対象に構築した設計手法と、実施したケーススタディを体系化した。製造シナリオを入力したのち、設計段階に応じた多目的な評価結果をもとに、適切なプロセス案を出力できる。バイオ医薬品製造プロセス全体を通じて俯瞰的な設計ができるようになった。上記の成果は2件の学会発表（国内1件,国外1件）で発表された。令和2年4月現在、「精製工程のモデル化と評価」のテーマについては学術論文を執筆中である。これらは期待していた以上の研究の進展である。

本研究的目的是构建一种系统化生物制药制造工艺设计的方法并实施决策工具。系统化的具体内容包括首先对整个过程进行建模，涵盖培养、纯化和无菌灌装步骤，然后使用多种指标对过程进行多用途评估。最后将模型和评价指标整合为流程设计方法并作为工具实现。 2019财年，我们取得了三项主要成果。首先，对于纯化工艺，通过考虑 12 个单元操作的可能制造方法选项，生成了 3072 个工艺建议。进行了案例研究，通过根据构建的工艺模型改变产量来评估产量和生产时间。接下来，我们改进了为无菌灌装流程构建的流程模型和多用途评估算法，以便将其作为许可版本发布。增加了可考虑的工艺建议和可变参数的选项，并增加了更详细的敏感性分析功能。编程和其他任务由外部程序员完成，我和实验室的其他学生一起开发规范。我们将迄今为止开发的培养、纯化和无菌灌装工艺的设计方法以及我们进行的案例研究系统化。输入制造方案后，可以根据设计阶段基于多用途评估结果输出合适的工艺计划。现在可以从整个生物制药制造过程的鸟瞰图进行设计。上述成果在两次学术会议（一次在日本，一次在海外）上发表。截至2020年4月，我目前正在撰写一篇主题为“炼油过程建模与评估”的学术论文。这些研究进展超出了预期。