Come chimico organico appassionato con una mentalità pragmatica e un approccio pratico, la struttura, il layout e il panorama dei processi dei laboratori hanno dominato la mia attività quotidiana per diversi anni. Durante i miei studi come studente di dottorato in chimica organica con un focus sulla catalisi omogenea, un alto throughput di reazioni che includeva analisi, work-up e documentazione era all'ordine del giorno per ottenere risultati sufficienti. Undici pubblicazioni in tre anni, alcune in riviste di alto livello, non possono essere raggiunte senza una buona organizzazione ed efficienza di tempo.
Tuttavia, essere uno studente di dottorato abbastanza ambizioso e laborioso non è niente di speciale, soprattutto in questo settore. La mia prima esperienza industriale in un CDMO di medie dimensioni in Svizzera mi ha mostrato come possono essere i laboratori sofisticati. Ogni giorno, l'ottimizzazione dei nostri processi di laboratorio era di grande interesse.
Come azienda di sviluppo e produzione a contratto, dovete avere prezzi competitivi, una velocità eccezionale, un alto grado di flessibilità e, naturalmente, un'alta richiesta di tutti gli aspetti della qualità. Ogni minuto trascorso a cercare vetreria, prodotti chimici, materiali di consumo del laboratorio, a scrivere rapporti, a spostare campioni da una stanza all'altra, a controllare i risultati, ad esempio, di GC o HPLC o dell'attrezzatura analitica, deve essere messo a punto e deve far risparmiare assolutamente tempo. E la gestione delle reazioni sulla scala del chilogrammo di una sintesi di un farmaco multi-fase in un'azienda industriale non è paragonabile a qualche reazione sulla scala del milligrammo all'università con un minimo sforzo di documentazione.
Processi ottimizzati in laboratorio.
Alcuni anni fa, le metodologie di Lean Six Sigma, Operational Excellence, Kaizen, CIP, Value-Stream Mapping e Visual Performance Management sono emerse nell'ambiente di laboratorio e ogni azienda ha iniziato a seguire o adottare tali strategie per ottenere flussi di processo completamente ottimizzati con meno sprechi, ritardi, duplicazioni, difetti o attività non a valore aggiunto non assegnate.
Metodi come l'ottimizzazione del posto di lavoro 5-S e molti altri sono stati introdotti in tutti i laboratori e le infrastrutture e la pianificazione dei percorsi sono stati ottimizzati ovunque possibile. I risultati positivi sono stati notati in un tempo molto breve. Purtroppo, questi piccoli passi non sono più sufficienti per essere competitivi nel 21° secolo. La trasformazione verso un laboratorio digitalizzato è status quo, best practice del settore e già disponibile al cento per cento.
La casa dei Lean Laboratories.
Come mostrato nella Figura 1, la chiave per un laboratorio digitale supportato, ottimizzato nei processi e snello è una mentalità di cambiamento forte e sostenibile. Poiché ogni laboratorio QC è anche parte del processo end-to-end all'interno della catena di fornitura, anche l'attenzione al cliente gioca un ruolo importante. Senza un laboratorio QC efficiente e completamente trasparente, i lotti finali non possono essere rilasciati e i pazienti non riceveranno i prodotti di cui hanno bisogno in modo tempestivo e completo. Questo è fondamentale ogni volta che un laboratorio QC è responsabile di farmaci essenziali per il trattamento rapido dei pazienti, ad esempio un vaccino Covid 19, generici iniettabili come sedativi, rilassanti muscolari e farmaci cardiovascolari, o farmaci orfani.
Le nuove tecnologie sono elencate ad ogni livello della "Casa del Laboratorio Lean". La gestione visiva delle prestazioni tramite cruscotti digitali, l'integrazione completa del sistema come l'accoppiamento LIMS-SAP o i giornali di laboratorio elettronici sono solo tre esempi.
Le tecnologie emergenti hanno il potenziale per rivoluzionare ogni elemento degli impianti di produzione farmaceutica o dei laboratori di controllo della qualità nei prossimi cinque-dieci anni. La digitalizzazione e l'automazione porteranno anche a una migliore qualità e conformità, riducendo gli errori manuali e la variabilità e permettendo una risoluzione dei problemi più rapida ed efficace. Come menzionato in precedenza, il controllo della qualità è una funzione critica all'interno di una catena di approvvigionamento robusta, affidabile e flessibile. Pertanto, caratteristiche come una migliore agilità, test più brevi e una maggiore visibilità sono le migliori leve per ridurre i tempi del ciclo di controllo qualità e accelerare il rilascio.
Purtroppo, molte aziende farmaceutiche o chimiche non hanno ancora sfruttato appieno le tecnologie innovative in termini di digitalizzazione e automazione. Alcuni tentativi sono stati fatti per diventare senza carta o per raggiungere un migliore collegamento interfunzionale e la trasparenza attraverso un moderno LIMS e un sistema ERP. Tuttavia, solo poche aziende hanno sviluppato una strategia a lungo termine per lo sviluppo di laboratori digitalizzati. Come valutare la maturità di un gran numero di laboratori è mostrato nella figura qui sotto. La valutazione del gap di QC e del livello di maturità serve come punto di riferimento per un benchmarking neutrale del livello di innovazione di ogni QC.
Valutazione del gap di QC e del livello di maturità in quattro categorie.
Sulla base della figura 2, un laboratorio di controllo della qualità può essere solitamente analizzato rispetto a quattro categorie: 1) processi e organizzazione, 2) strumenti e sistemi, 3) persone e interfacce, e 4) CSV e integrità dei dati. All'interno di queste categorie generali, ci sono diversi criteri che possono essere valutati individualmente, risultando in una sorta di classifica dei livelli di innovazione QC e un confronto delle migliori pratiche del settore. Per implementare un tale laboratorio digitale, tutte le funzioni, le tecnologie, le risorse umane e le infrastrutture sono oggi disponibili al cento per cento. Ma che aspetto ha?
Circa il 90% dei test sarà ancora fatto nei laboratori e una parte, la minoranza dei campioni, sarà testata online. Ci sarà un trasferimento automatico dei dati tra i dispositivi e i sistemi, e l'analisi avanzata dei dati genererà approfondimenti in tempo reale e programmi ottimizzati su cruscotti digitali. La gestione delle prestazioni visive, l'utilizzo delle attrezzature e tutti i KPI chiave saranno anche trasparenti sui cruscotti del laboratorio. I laboratori saranno all'80% senza carta, con firme elettroniche, documentazione elettronica e naturalmente un quaderno di laboratorio elettronico. Ci sarà anche una pianificazione digitale dell'inventario di laboratorio e una ricezione dei campioni completamente trasparente per una pianificazione delle risorse più proattiva. Esperti come ingegneri e scienziati dei dati supporteranno i processi e i sistemi informatici avanzati, oltre ad aiutare nella raccolta, raffinamento e visualizzazione dei dati. Tutti questi aspetti saranno combinati in una sorta di Sistema Generale di Gestione delle Informazioni di Laboratorio (GLIMS). L'unica fonte di verità per gestire tutti i processi e prendere decisioni basate sui fatti. Come una torre di laboratorio di controllo della qualità costruita nell'industria farmaceutica invece del tipico sito di un aeroporto. I laboratori abilitati al digitale utilizzano l'analisi delle metriche e la visibilità in tempo reale, così come la revisione continua del processo, per tracciare le tendenze, prevenire le deviazioni o i risultati fuori specifica e ottimizzare la pianificazione. Un laboratorio per 2030plus può avere il seguente aspetto:
Laboratorio paesaggio 2030plus. Digitalizzazione e messa a punto dei processi.
- Eliminazione fino all'80% del lavoro di documentazione manuale
- Automazione e, in particolare, ottimizzazione della pianificazione e della programmazione per migliorare l'utilizzo di personale, attrezzature e materiali
Ma quali sono gli ostacoli tipici di questi laboratori digitalizzati e perché finora non sono stati implementati in tutte le aziende? Dieci tipici ostacoli all'implementazione:
- Nessuna idea chiara di quale orizzonte di sviluppo sia l'obiettivo giusto per il laboratorio
- Mancanza di un business case convincente per la trasformazione
- Puntare su un prototipo end-to-end completamente testato per lo stato futuro, piuttosto che testare e scalare rapidamente soluzioni ad alto valore per ottenere rapidi successi
- Nessuna pianificazione o gestione adeguata per l'introduzione di nuovi sistemi o tecnologie
- Conoscenza insufficiente delle capacità dei sistemi e delle tecnologie
- Cercare l'automazione invece dell'ottimizzazione
- Restrizioni autoimposte a causa della necessità percepita di convalidare tutti i sistemi
- Mancanza di competenze per trarre il massimo vantaggio dai dati
- Troppo poco tempo e sforzi dedicati alla gestione sostenibile del cambiamento
- Mancanza di un adeguato modello di ruolo, empowerment e capacity building
Come si comincia?
La buona notizia è che la maggior parte delle tecnologie necessarie che aprono la strada a un laboratorio digitalizzato esistono già oggi. Per implementare con successo le tecnologie dell'Industria 4.0, le aziende farmaceutiche devono fissare i giusti obiettivi e agire rapidamente. La figura seguente riassume i sei passi più importanti da fare sulla strada verso un laboratorio di controllo qualità moderno e altamente competitivo.
Sei passi sulla strada verso un laboratorio digitalizzato.
In sintesi, le tecnologie moderne possono rendere il controllo della qualità più veloce, flessibile, affidabile, conforme ed efficiente. Fissando obiettivi appropriati, scegliendo le tecnologie giuste e scalando rapidamente, le aziende farmaceutiche possono diventare leader nel controllo della qualità e raccogliere tutti i benefici e le ricompense in termini di velocità, conformità, risparmio sui costi e aumento della produttività.
