Digital Twin für Bioprozesse

Das Unternehmen bietet eine Digital Twin-Technologie für Bioprozesse. (Bild: Insilico)

Yokogawa will Akquisition nutzen, um umfassende Bioprozesslösungen zu entwickeln, die biopharmazeutische Prozesse von der Entwicklung bis zur Herstellung unterstützen. Die Digital-Twin-Technologie soll dabei helfen, den Entwicklungsprozess von Biopharmazeutika zu beschleunigen, und eine effizientere Massenproduktion ermöglichen.

Unter anderem infolge der Covid-19-Pandemie steigt die Nachfrage nach Biopharmazeutika mit weniger Nebenwirkungen, die zur Behandlung von Patienten mit seltenen und schwer behandelbaren Krankheiten eingesetzt werden können. Im Gegensatz zur Herstellung chemisch synthetisierter Allzweckarzneimittel liegen die Gesamtkosten bei Biopharmazeutika weitaus höher. Zudem erfordert der komplexe Zellkultivierungsprozess, der zur effizienten und stabilen Gewinnung der Zielproteine notwendig ist, strenge Qualitätskontrollmaßnahmen. Diese stellen bei der Massenproduktion eine große Herausforderung dar.

Die Anzahl der in einem Bioreaktor kultivierten Zellen ist immens. Da diese Zellen in ihrer Gesamtheit diejenigen Substanzen erzeugen, die als Wirkstoffe von Arzneimitteln eingesetzt werden, ist es notwendig, ihre individuellen Stoffwechselreaktionen genauestens zu überwachen. Ebenfalls wichtig sind dabei die Echtzeit-Visualisierung und -Analyse von Umweltfaktoren wie Änderungen des pH-Werts und der Konzentration von gelöstem Sauerstoff. Dabei hat sich die zur Durchführung der Zellproduktion erforderliche Steuerung der komplexen Zellreaktionssysteme mit ihrer extrem großen Anzahl von Parametern als äußerst schwierig erwiesen.

Tieferes Verständnis von Stoffwechselprozessen

Die von Insilico entwickelte Digital Twin-Technologie nutzt ein leistungsfähiges Hybridmodell, das sich aus einem mechanistischen Modell der eindeutigen Merkmale eines intrazellulären Stoffwechsel-Netzwerks und einem datenbasierten Modell, das mithilfe eines maschinellen Lernprozesses aus Prozessdaten erstellt wird, zusammensetzt.

Die Möglichkeiten zur Vorhersage und Simulation sollen nicht nur den bislang mehrere Jahre erfordernden Entwicklungsprozess beschleunigen, sondern auch ein tieferes Verständnis des Stoffwechselprozesses ermöglichen.

Da die Lösung die Erstellung von Stoffwechselmodellen für Bakterien und andere Arten zellulärer Organismen ermöglicht, kann sie bei weiteren Anwendungen zur Erzeugung von Lebensmitteln, Chemikalien und anderen Produkten mithilfe von Biotechnologie eingesetzt werden.

Qualität bei Massenproduktion stabilisieren

Auch bei der Produktion ermöglicht die Digital Twin-Technologie von Insilico eine Echtzeitanalyse der Prozessdaten, wodurch die konstante Vorhersage der Produktionsleistung der Kulturen, das Soft Sensing nicht direkt messbarer Nährstoffkomponenten, ein frühzeitiges Erkennen von Prozessanomalien und und die Bereitstellung von Arbeitsanweisungen für Bediener ermöglicht wird. Die Digital Twin-Technologie macht es möglich, die Produktqualität zu stabilisieren, und trägt damit entscheidend zu einer effizienteren Massenproduktion bei.

Klaus Mauch, CEO von Insilico Biotechnology: „Wir setzen große Erwartungen in diese Fusion zwischen unserer richtungsweisenden Digital Twin-Technologie für Bioprozesse und den Lösungen von Yokogawa für pharmazeutische Produktionssysteme. Ich bin davon überzeugt, dass wir durch das globale Netzwerk von Yokogawa unsere Vertriebskanäle ausbauen und einen entscheidenden Beitrag für die biopharmazeutische Industrie leisten können.“

Hiroshi Nakao, Vice President von Yokogawa und Leiter des Life Business Headquarters: „Ich bin völlig sicher, dass die innovative Digital Twin-Technologie von Insilico, die sich bereits jetzt bei großen biopharmazeutischen Unternehmen bewährt hat, die digitale Transformation in der Bioprozessindustrie beschleunigen wird. Nun werden wir unsere Engineering-Technologie dazu einsetzen, um den Tätigkeitsbereich unseres Unternehmens im Hinblick auf die Kommerzialisierung von Bioprozessen zu erweitern.“

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