Inteligencia artificial para monitorizar bioprocesos
El proyecto CPV of the Future ha evaluado el uso de la inteligencia artificial (IA) como complemento de la estadística avanzada y el análisis multivariante para monitorizar bioprocesos en curso. El profesor Francisco Valero, líder del grupo de Ingeniería de Bioprocesos y Biocatálisis Aplicada (ENG4BIO) del Departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental de la UAB, y Toni Manzano, de la empresa Aizon, especializada en la aplicación de soluciones de IA en la industria farmacéutica, resumen las principales conclusiones del estudio.
La Verificación Continua de Proceso (CPV) es la tercera etapa de la Validación del Proceso (PV), que constituye requisito de obligada cumplimentación en la industria farmacéutica durante la fabricación de medicamentos y bioproductos. Dado que la tercera etapa del PV suele ser una fase de fabricación larga, durante esta etapa se acumulan, analizan y estudian tendencias de grandes volúmenes de datos. Bajo esta perspectiva, desde CPV se recomienda la automatización de bioprocesos, las Tecnologías Analíticas de Procesos (PAT) y un conocimiento profundo del proceso de fabricación y del producto farmacéutico para interactuar con el mismo, evitando desviaciones y asegurando el rendimiento y la calidad del producto esperados. La incesante variabilidad es parte de la realidad en todas las operaciones biológicas de fabricación, de forma que las condiciones establecidas (EC), los atributos críticos de calidad (CQA) y los parámetros críticos del proceso (CPP) no son suficientes para describir una imagen real y completa del proceso. La estadística avanzada y el análisis multivariante se pueden complementar con inteligencia artificial (IA) para evaluar el bioproceso en curso. Bajo esta visión, la inteligencia artificial permite predecir, clasificar, reconocer y recomendar mejoras de proceso que conducen a una mayor calidad del producto.
El proyecto CPV of the Future se diseñó para obtener un conocimiento profundo de la producción de proteínas recombinantes bajo condiciones de hipoxia en la factoría celular Komogataella phaffii. La metodología aplicada, y los resultados y conclusiones obtenidos podrían generalizarse a cualquier operación de fabricación de medicamentos y bioproductos. Por lo tanto, las oportunidades que ofrece la inteligencia artificial han sido identificadas como elementos de mitigación de efectos no esperados introducidos por la incertidumbre vinculada al proceso o para aumentar un control multivariante continuo en tiempo real. El plan de proyecto contemplaba la producción de un conjunto de lotes operando en fed-batch para generar los datos primarios utilizados para entrenar modelos de IA, que finalmente controlaran el proceso de la fabricación mediante la retroalimentación en tiempo real al biorreactor en función de la adquisición de datos en línea del mismo para mantener constante el valor del cociente respiratorio en su punto de consigna actuando sobre la velocidad de agitación. Los primeros resultados obtenidos son muy prometedores teniendo en cuenta la variabilidad inherente a los procesos biológicos.
La Parenteral Drug Association (PDA) ha coordinado el proyecto CPV of the Future financiado parcialmente por el Instituto PQRI (USA) y el ministerio de Ciencia e Innovación de España. El proyecto fue diseñado para establecer un procedimiento estándar para la verificación continua del proceso (CPV) en fermentación aplicando tecnologías de IA, IoT y en la nube como mecanismos válidos para el control de procesos en la fabricación de medicamentos y bioproductos. La producción de proteínas recombinantes bajo condiciones hipóxicas en la factoría celular K. phaffii se seleccionó como caso estudio. El grupo de Ingeniería de Bioprocesos y Biocatálisis Aplicada (ENG4BIO) del Departamento de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental de la UAB participa en el proyecto aportando su experiencia en Bioprocesos en esta factoría celular, el conjunto de experimentos y el equipamiento de laboratorio para la producción de los diferentes fed-batches. Infors y Bluesense proporcionaron el programario (EVE) y los analizadores de oxígeno y CO2 conectados al biorreactor y Aizon aportó las herramientas de inteligencia artificial, los expertos en AI y la plataforma para gestionar los elementos de IoT, cloud y AI para el control de procesos. El resto del equipo de PDA apoyó el proyecto desde una perspectiva farmacéutica.