CMC工艺智能：破解生物药数据管理难题

药品的化学、制造和控制Chemical, manufacturing, and controls简称CMC是贯穿整个药物开发过程的关键环节是产品成功开发并注册上市的关键要素之一。CMC的职能包括两个方面一是Development把从早期研发中得到的先导化合物有效地转化为可以上市的药物另一个是Manufacturing在临床阶段以及上市后负责把药物供给到临床研究或者市场中去。在药物开发CMC过程中各工艺单元的数据往往是分散存储和管理的。以一个典型单克隆抗体药物的工艺生产为例虽然上下游相关的工艺操作单元已经有相应的管理系统来进行数据存储和管理例如原料数据在ERP中管理原料检测数据在LIMS中管理生产数据在MES中管理仪器设备数据在SCADA中管理等。然而在大多数企业整个工艺阶段数据的汇总和融合却仍然依靠人工搜集Excel文件的方式进行。对于工艺人员、质量管理、生产管理以及管理层来说当需要将不同批次的所有产品数据进行汇总融合并进行工艺数据分析和展示以及监控整个工艺过程风险从而确保工艺的可持续验证Continuous Process Verification以及产品质量Product Quality时这种原始的、分散的数据管理方式的弊端便凸显出来。生物工艺数据采集方式示意图以生物药工艺领域为例数据管理与分析展示主要面临三个方面的挑战。挑战一工艺数据获取与整理的及时性、高效性具体包括数据搜集、过程分析与控制现状纸质记录、excel、分散、非即时…….上游数据、下游数据、检测数据、原料数据分散在不同工艺操作单元和系统中人工整理效率低下过程数据种类繁多离散数据、连续数据、重复数据、谱线数据、事件数据等采用人工获取分散数据的方式数据的融合、溯源低效挑战二基于风险的QbD方法论实施中CQA关键质量参数、CPP关键工艺参数及最优区间的确认。挑战三工艺过程的实时监控与分析具体包括CPP、 CQA的监控及不同批次的趋势比较制程能力分析、Cpk….质量事件的溯源分析等为应对上述生物工艺过程中普遍面临的挑战需要一个面向不同工艺角色人员工艺科学家、生产人员、QA人员、生产负责人、管理层等的数据融合、展示、分析的整体解决方案。基于科学数据驱动的CMC工艺智能整体解决方案CMC过程的数据采集与管理iLabPower作为数据基础层其各模块可实现对工艺单元过程数据的高效采集与管理。iLabPower平台对工艺过程数据的采集与管理科学数据基因组平台SDH作为数据技术层可以将研发和生产过程中来自不同业务系统、专业数据库等数据源的海量跨源异构指标参数如Batch信息、操作、时间等进行整合和分析帮助工作人员捕捉核心关键指标数据。除了结构化数据平台还可以对非结构化数据例如来自Excel的数据进行批量规范化处理形成统一的数据视图。数据视图SDH平台通过批次ID对不同数据源数据进行融合建立数据模型寻优CPP/CQA融合之后的数据业务人员可以在不掌握任何IT背景的情况下通过SDH按个人业务数据的使用需求建立相应的基于产品的数据基因组树状脑图/旭日图对全工艺流程数据按需抽取输出高质量数据再利用DOE和机器学习技术数据应用层人工智能创新平台MaXFlow建立寻优模型的工作流实现模型驱动的CPP/CQA确认与寻优。CPP/CQA实时在线监控无论是稳定性研究、质量检测还是检测方法性能监控等环节都会产生大量数据工作人员对数据的实时监控与准确分析至关重要。SDH科学数据基因组可执行成品、原辅料等研发、生产过程中检验管控数据的实时监控与敏捷提醒辅助QC等业务部门人员快速响应异常状况确保产品线的质量管控。SDH平台内置BI报表功能模块用户可自定义实现智能数据分析、可视化结果数据展示与挖掘。例如在稳定性研究中研制过程进行加速破坏实验根据制品性质在不同温度、不同时间时做生物学活性测定以评估其稳定情况。在这个场景中可从数据基因组字段中选取温度、时间、生物活性等指标参数绘制生物活性随时间变化折线图通过监控条件设置等功能监控其变化趋势。合规性满足电子签名与审计追踪iLabPower平台和SDH科学数据基因组平台均支持对不同职位、岗位人员设置不同权限每个人员都有唯一的登录密码帐号和用户密码都是经过加密后存储在数据中。系统均符合FDA 21CFR Part11中关于电子签名的要求用户可以便捷设置需要电子签名的动作保证数据的安全性。系统均符合GMP法规对于数据修改的要求全方位的审计追踪功能可以实现对系统数据修改情况的跟踪同时审计追踪结果可供管理人员确认和审核。整体解决方案带来的收益1提升可持续工艺验证的工艺监控及工艺改进数据融合时间降低80%-95%OOS/OOT的响应和修改时间降低40%-45%批次失败风险所造成的经济损失降低 百万~千万/2降低合规性风险监管部门现场审计时间降低40%-50%IT部门用于数据交换的时间降低70%-95%3加速工艺方法和知识转移生产部门的生产力提升10%-15%工艺开发阶段的原材料用量降低80%-90%工艺开发的试验数量降低15%-20%4简化IT复杂度技术支持响应时间降低50-70%基础设施成本降低30-40%最终用户系统操作效率提升 80-150%IT系统总体拥有成本降低