La nuova tecnologia di simulazione sviluppata da TU Graz è progettata per rendere più efficiente la produzione di biofarmaci, conveniente e comprensibile per i produttori.

La domanda di prodotti biofarmaceutici è forte:principi attivi biofarmaceutici, in altre parole, farmaci geneticamente modificati:sette dei dieci farmaci più venduti al mondo nel 2018. E la proporzione è destinata ad aumentare, poiché i biofarmaci possono essere utilizzati per combattere condizioni come la sclerosi multipla e l'anemia, così come molte forme di cancro e malattie rare, che non possono essere trattati con agenti chimici e sintetici. Ma tale efficacia ha un prezzo. Mentre i farmaci prodotti chimicamente sono "piccole molecole" relativamente facili da produrre e disponibili in compresse, i farmaci biofarmaceutici di solito comprendono centinaia o migliaia di atomi.

Ciò rende la produzione biofarmaceutica estremamente complessa:richiede che i microrganismi guidino le reazioni nei bioreattori, comporta costosi esperimenti effettuati sulla base di prove ed errori, e si basa su valori empirici. "Al momento, l'industria biotecnologica non ha una conoscenza approfondita dei processi. Persone che il processo di produzione funziona, ma non conoscono i motivi o come funziona esattamente, " spiega Christian Witz dell'Institute of Process and Particle Engineering presso TU Graz.

Le simulazioni al computer sono fondamentali per migliorare la conoscenza dei processi, e potrebbe anche accelerare significativamente il passaggio dal laboratorio alla scala di produzione. Però, i programmi di simulazione attualmente disponibili sul mercato non sono adatti per applicazioni di routine, poiché impiegano mesi per eseguire i calcoli necessari, e richiedere esperienza con l'esecuzione di simulazioni, così come una notevole potenza di calcolo.

È qui che entra in gioco la ricerca di Christian Witz. Sta lavorando a un nuovo, software di simulazione facile da usare e veloce che mira a consentire alla simulazione di processo di radicarsi nell'industria biofarmaceutica. "Il mio sistema ridurrà i tempi di simulazione da mesi a poche ore. Può essere utilizzato da persone senza competenze di simulazione e funziona su schede grafiche commerciali standard". Il nuovo software riduce il tempo necessario per la risoluzione dei problemi e promette informazioni più dettagliate sui processi. Ciò contribuirà a rendere più efficiente la produzione biofarmaceutica. "Le aziende devono eseguire meno esperimenti per passare dal laboratorio alla produzione su scala industriale, risparmiando tra i 300 euro, 000 e 1 milione di euro, "dice Witz, indicando le ultime stime.

La simulazione di processo end-to-end supporta i processi di produzione

Il nuovo software, utilizzato nella ricerca industriale dal 2017, si basa su un codice di simulazione sviluppato da Witz per bioreattori aerati e agitati. Ad esempio, il programma simula il movimento dei microrganismi nel reattore o il trasporto dell'ossigeno disciolto rilasciato dalle bolle d'aria. Nell'ambito del progetto ComBioPro (Computational BioProcess Design), Witz integrerà ulteriori algoritmi nel software, che consentirà una rappresentazione ancora più precisa e di facile utilizzo dei processi fisici e biochimici nei bioreattori. Tra l'altro, l'obiettivo è quello di automatizzare parzialmente la valutazione dei dati grezzi di simulazione, e per simulare bolle d'aria molto grandi in un reattore. I risultati della simulazione alla fine alimenteranno i processi decisionali per la progettazione e la produzione. A sua volta, ciò consentirebbe alle aziende di simulare più progetti in un tempo più breve, ed eseguire test che mostrano dove e come si verificano perdite di produttività in un reattore.

Ciò viene per gentile concessione delle intuizioni uniche che il software offre sui processi di produzione biofarmaceutica, come fa notare Witz:"Come possiamo creare le condizioni del bioreattore in cui i microrganismi sono al loro massimo rendimento? In che modo la velocità dell'agitatore o la velocità di aerazione influenzano il processo? Dove nel reattore le forze di taglio eccessive hanno un impatto su i microrganismi? Il software di simulazione aiuta a rispondere a queste e ad altre domande".