PAT und Robotik in der pharmazeutischen Herstellung

Inner­halb der Prozesss­teuerung bieten neue Tech­nolo­gien Pharma­her­stellern großes Poten­zial bei der Inten­sivierung ihrer Ver­fahren. So kön­nen sie an einem zunehmend wet­tbe­werb­sin­ten­siv­en glob­alen Markt beste­hen. Eine beson­ders inter­es­sante und leis­tungs­fähige Anwen­dung ist die Kom­bi­na­tion von Fab­rikau­toma­tisierung und Robotik mit prozes­s­an­a­lytis­chen Tech­nolo­gien (PAT). Durch die Imple­men­tierung solch­er Sys­teme wer­den Arzneimit­tel­her­steller präzis­er und flex­i­bler. Gle­ichzeit­ig kön­nen sie die Ein­hal­tung geset­zlich­er Vorschriften gewährleis­ten sowie F&E- und Pro­duk­tion­s­abläufe effizien­ter gestal­ten. Mar­tin Gads­by, Direc­tor bei Opti­mal Indus­tri­al Tech­nolo­gies, erläutert, warum Robotik und PAT in der Pro­duk­tion füreinan­der geschaf­fen sind.

Eine kon­stante Her­aus­forderung für die Phar­ma- und Life-Sci­ence-Branche ist die Sich­er­stel­lung der Ver­sorgung mit qual­i­ta­tiv hochw­er­ti­gen, wirk­samen Medika­menten. Diese müssen sowohl stren­gen reg­u­la­torischen Anforderun­gen als auch hohen Kun­den­er­wartun­gen entsprechen. Abhil­fe schaf­fen unter anderem zuver­läs­sige und umfassende Strate­gien zur Qual­itätssicherung und Prozesskon­trolle. Ein wichtiger Erfol­gs­fak­tor ist dabei die Dig­i­tal­isierung und Automa­tisierung von Labors und Prozessen der Arzneimit­tel­her­stel­lung, ins­beson­dere die Kom­bi­na­tion von PAT und Robotik.

Damit wird eine Echtzeitverbindung zwis­chen Prozesslenkung und Prozes­sautoma­tisierung hergestellt, mit der sich Entschei­dun­gen zur Qual­itätssicherung und Fer­ti­gung umge­hend umset­zen lassen. Tech­nis­che Infor­ma­tio­nen von Sen­soren und Analy­segeräten wer­den an ein über­ge­ord­netes Sys­tem zur adap­tiv­en Entschei­dungs­find­ung weit­ergegeben. Im gegebe­nen Fall han­delt es sich dabei um ein PAT-Wis­sens­man­age­mentsys­tem. Dieses kom­mu­niziert dann mit Indus­trier­o­bot­ern oder kol­lab­o­ra­tiv­en Robot­ern, um auf Basis der getrof­fe­nen Entschei­dung zeit­nah zu handeln.

Durch Echtzeittests und dynamisch reagierende, robot­ergestützte Prozes­sautoma­tisierung (Robot­ic Process Automa­tion, RPA) schaf­fen Arzneimit­te­len­twick­ler und ‑her­steller die Rah­menbe­din­gun­gen für kon­tinuier­liche Ver­ar­beitung­sprozesse. Diese erfordern nur min­i­male Ein­griffe und kön­nen Aus­fal­lzeit­en weitest­ge­hend reduzieren. Höhere Trans­parenz, Rück­ver­fol­gbarkeit und Reak­tions­fähigkeit tra­gen zu ein­er besseren und schnelleren Pro­duk­ten­twick­lung und ‑her­stel­lung bei. Darüber hin­aus ermöglichen sie ein effek­tiveres Risiko­man­age­ment und entsprechende Kor­rek­tur­maß­nah­men zur Sich­er­stel­lung von Pro­duk­tqual­ität und Compliance.

Die phar­mazeutis­che Abfül­lung und Vor­bere­itung von Kul­turme­di­en für die Biowis­senschaften wer­den zunehmend robot­ergestützt durchge­führt. Auf diese Weise wer­den Zyk­luszeit­en verkürzt und die Ein­heitlichkeit verbessert. Durch PAT-Qual­ität­süberwachung mit­tels Spek­tral­analyse wird dieses Sys­tem noch schneller und reduziert gle­ichzeit­ig den Ausschuss.

Forsch­ern in diesem Gebi­et ist es gelun­gen, einen leis­tungsstarken, automa­tisierten Robot­er-Work­flow mit hohem Durch­satz für die Aufreini­gung von monok­lonalen Antikör­pern (mAb) und Glyka­nen zu schaf­fen, der die Imple­men­tierung von PAT- und Qual­i­ty-by-Design- (QbD-) Ansätzen ermöglicht. Robot­er wer­den zum Ent­nehmen, Vor­bere­it­en, Inku­bieren und Testen von flüs­si­gen Proben einge­set­zt. Die Lösung reduzierte die Durch­laufzeit­en von über 18 Stun­den auf nur 51. Dieses inno­v­a­tive Sys­tem bietet eine schnelle und effiziente Meth­ode zur Her­stel­lung von Bio­ther­a­peu­ti­ka für die Behand­lung von Krebs- und Autoim­munkrankheit­en sowie zur Ver­hin­derung der Abstoßung von Xenotransplantaten.

PAT und Robot­er­arme für anspruchsvolle Anwendungen

Darüber hin­aus kann der Ein­satz von inte­gri­erten PAT-RPA-Sys­te­men in empfind­lichen Anwen­dun­gen, beispiel­sweise in Rein­rau­mumge­bun­gen, äußerst nüt­zlich sein. Hier ist die strenge Ein­hal­tung asep­tis­ch­er Bedin­gun­gen unab­d­ing­bar für die Her­stel­lung reg­u­la­torisch kon­former Ster­il­pro­duk­te. Vol­lau­toma­tis­che Her­stel­lungs- und Qual­itätssicherungswerkzeuge kön­nen das Kon­t­a­m­i­na­tion­srisiko sowie die Par­tikel­bil­dung deut­lich reduzieren. Das steigert wiederum die Arzneimit­telqual­ität und reduziert die Pro­duk­tion von Auss­chuss und nicht kon­formem Material.

Vor allem die jüng­sten Fortschritte in der Robotik haben es Knickarm­ro­bot­ern ermöglicht, selb­st die anspruchsvoll­sten Anforderun­gen der Rein­raum­nor­men ISO 3 (max. 10 Par­tikel), 2 und 1 erfüllen. Zudem lassen sich diese Robot­er leicht reini­gen, sind wasserdicht und hal­ten Ster­il­i­sa­tionsver­fahren wie beispiel­sweise der Desin­fek­tion mit Wasser­stoff­per­ox­id­dampf stand.

Durch den Ein­satz von Robot­ern und PAT kann in gefährlichen Umge­bun­gen außer­dem ver­mieden wer­den, dass das Bedi­en­per­son­al mit bes­timmten Sub­stanzen und Inhaltsstof­fen in Kon­takt kommt. So kön­nen die Betrieb­ssicher­heit erhöht und Gesund­heit­srisiken reduziert wer­den, indem Echtzeittests, Prozesslenkung und Prozes­sautoma­tisierung miteinan­der kom­biniert wer­den. Konkret leit­en PAT-Wis­sens­man­age­ment­plat­tfor­men Indus­trier­o­bot­er bei der Hand­habung von Krankheit­ser­regern sowie hochreak­tiv­en, ätzen­den und gefährlichen Sub­stanzen an. Außer­dem kön­nen sie die Durch­führung chemis­ch­er Reak­tio­nen in extrem kalten oder heißen Umge­bun­gen automa­tisieren und sich­er­stellen, dass die Mate­ri­alien kor­rekt ver­wen­det und ver­ar­beit­et werden.

Betra­chtet man die Inno­va­tio­nen im phar­mazeutis­chen Bere­ich, so wird deut­lich, dass inte­gri­erte PAT-RPA-Sys­teme ein Erfol­gs­fak­tor für eine wirtschaftlichere Präzi­sion­s­medi­zin sind. Hier­bei bes­timmt die Zusam­menset­zung des phar­mazeutis­chen Pro­duk­ts die erforder­lichen Prozesse. Die Fab­rikro­bot­er und ‑maschi­nen führen dann die entsprechen­den Abläufe aus.

Tat­säch­lich ist es für Her­steller nur mit PAT möglich, geringe Men­gen per­son­al­isiert­er Medika­mente und Behand­lun­gen wirtschaftlich herzustellen. Diese kön­nen dabei auf ver­schiede­nen, einzi­gar­ti­gen Rezep­turen basieren und sind so an jeden indi­vidu­ellen Patien­ten angepasst. Außer­dem bietet PAT die Möglichkeit, jedes Medika­ment einzeln und nicht in Char­gen zu testen. RPA kann in diesem Kon­text von ein­er PAT-Wis­sens­man­age­ment­plat­tform so ges­teuert wer­den, dass sie ein­er konkreten Rezep­tur fol­gt. Auf diese Weise wer­den die gebotene Präzi­sion und Geschwindigkeit für die einzel­nen Pro­duk­tion­ss­chritte einge­hal­ten und gle­ichzeit­ig Kosten im Rah­men gehalten.

Ver­net­zte Phar­ma 4.0

Die Verbindung von PAT und RPA bildet auch den Aus­gangspunkt für die Inte­gra­tion von Dat­en aus sys­temüber­greifend­en physis­chen, betrieblichen und robot­ergestützten Ressourcen. So lassen sich nicht nur die Fer­ti­gung und Qual­itätssicherung steuern, son­dern auch die Wartung, die Bestandsver­fol­gung und viele andere Vari­ablen und Leis­tungskenn­zahlen der gesamten Anlage. Dies entspricht im Wesentlichen dem Grad der Ver­net­zung, den Indus­trie 4.0 und Smart Man­u­fac­tur­ing anstreben.

Die Ver­net­zung von PAT und RPA dient jedoch nicht allein dem Auf­bau von Pharma‑4.0‑Fabriken. Indem sie Abläufe ratio­nal­isiert, Pro­duk­tion­skosten und Zyk­luszeit­en reduziert und zugle­ich Durch­satz und Leis­tung erhöht, verbessert sich auch der All­t­ags­be­trieb phar­mazeutis­ch­er Pro­duk­tion­san­la­gen. Es stellt sich daher kaum die Frage, „ob” diese Tech­nolo­gien großflächig einge­führt wer­den sollen, son­dern „wann”.

Für eine erfol­gre­iche PAT-RPA-Imple­men­tierung ist es auf jeden Fall wichtig, mit qual­i­fizierten und sachkundi­gen Spezial­is­ten zusam­men­zuar­beit­en, die über umfan­gre­iche Erfahrun­gen in der Prozes­sautoma­tisierung, Robotik und PAT ver­fü­gen. Sie kön­nen maßgeschnei­derte Lösun­gen entwer­fen und umset­zen, die die speziellen Anforderun­gen der Anlage effizient erfüllen sowie den Prozess vor und nach der Instal­la­tion rei­bungs­los gestal­ten. Darüber hin­aus gewährleis­ten sie, dass die automa­tisierte Pro­duk­tion­slin­ie auf opti­malem Leis­tungsniveau läuft. So kön­nen Unternehmen des Phar­ma- und Life-Sci­ence-Bere­ichs sich­er sein, dass sie genau die Lösung instal­lieren, die für ihre konkrete Anwen­dung am besten geeignet ist.