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Corning acelera la distribución de vacunas para la COVID-19 con una innovación en el envasado farmacéutico

Una fórmula de vidrio radicalmente nueva está a punto de reducir los tiempo de entrega de la fabricación de las vacunas a la mitad. El diseño de experimentos con JMP® ha allanado el camino para su descubrimiento.

Foto de Christopher Payne

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Corning

DesafíoIncluso con la distribución de la vacuna frente a la COVID-19 ya en marcha, podrían ser necesarios meses, incluso años, para que las compañías farmacéuticas fabriquen cantidades suficientes para satisfacer la demanda global. La velocidad a la que pueden operar las líneas de fabricación ha estado mucho tiempo limitada por un factor crítico: incluso los mejores viales de vidrio para uso médico tienden a agrietarse y a sufrir degradación química si la maquinaria de la planta va demasiado rápido. 
SoluciónLos científicos e ingenieros de Corning utilizaron el diseño de experimentos para desarrollar una nueva y revolucionaria fórmula para el vidrio —Valor® Glass— creada expresamente para acelerar la fabricación farmacéutica. JMP y JMP Pro pusieron las mejores herramientas para el diseño de experimentos en las manos de todos los científicos que participaron en esta hazaña.
ResultadosLa innovación de Corning va a incrementar el rendimiento de la fabricación hasta en un 50 %, estableciendo lo que el vicepresidente Brendan Mosher ha denominado "un nuevo estándar de calidad y rendimiento en el envasado farmacéutico". Al incrementar la capacidad de la línea de producción farmacéutica estándar de los 300 a los 750 viales por minuto, Valor Glass va a acelerar la distribución de vacunas contra la COVID-19 en cuanto obtengan la autorización reglamentaria. 

Ahora que todos los países hacen frente a la pandemia más mortal del último siglo, los científicos se han apresurado a desarrollar una vacuna efectiva frente a la COVID-19. En septiembre de 2020, 40 candidatas a vacuna habían alcanzado la fase de ensayo clínico y más de 90 estaban en fase activa de investigación preclínica con animales. Pero el descubrimiento de la vacuna es solo el primer obstáculo en la carrera hacia una inmunidad de grupo a nivel mundial mediante la vacunación. Casi sin ninguna duda, su fabricación a escala constituirá un importante cuello de botella en su distribución. 

Dado que muchas de las vacunas candidatas requieren múltiples dosis para cada persona, los expertos estiman que, solo en 2021, se necesitarán entre 7000 y 15000 millones de dosis de vacuna a nivel mundial. Actualmente, las empresas farmacéuticas hacen frente a una presión sin precedentes para acelerar su producción mucho más allá de sus tiempos de entrega estándar anteriores. "El reto no es solo producir la vacuna en sí, sino llenar los viales", contó Pascal Soriot (director ejecutivo y CEO de AstraZeneca) a unos reporteros a mediados de 2020.

Ese es el caso de muchas de las nuevas candidatas a vacuna frente a la COVID-19 que surgieron en 2020: la vacuna se produce en grandes lotes, pero se envasa en viales pequeños de cristal que contienen entre 1 y 10 dosis para su distribución. Sin embargo, históricamente, el proceso para rellenar los viales ha sido fuente de retrasos y de paradas a mitad de proceso que ralentizan la velocidad a la que un fármaco o vacuna puede llegar a los pacientes.

Las líneas de producción farmacéutica actuales están altamente automatizadas y, aunque en teoría la maquinaria más avanzada puede operar a sus velocidades máximas, algo así hace que los viales de borosilicato (patrón de oro de la industria) se rompan o se delaminen en partículas que se mezclan con el contenido de los viales. La durabilidad química a temperaturas extremas del borosilicato también es una limitación preocupante para los fabricantes de vacunas que requieren una cadena de almacenamiento ultrafría, como es el caso de las vacunas frente a la COVID-19 desarrolladas por Pfizer y BioNTech en 2020.

Para resolver estas y otras limitaciones relacionadas con la producción de vidrio, Corning Incorporated estableció una colaboración para el desarrollo con varios líderes de la industria farmacéutica. Ya en 2012, los científicos comenzaron a explorar el espacio de la formulación de vidrio para desarrollar un nuevo producto de alta calidad para su uso médico. Corning y sus socios probaron más de 200 composiciones de vidrio antes de crear un nuevo cristal de aluminosilicato que es 10 veces más sólido y más duradero a nivel químico que el patrón de oro anterior.

Nació Valor® Glass, una innovación vital que llegó al mercado solo unos meses antes de que se descubriera la COVID-19 en Wuhan (China).

"Valor Glass establece un nuevo estándar de calidad y rendimiento en el envasado farmacéutico", afirmó Brendan Mosher, vicepresidente y director general de Corning Pharmaceutical Technologies. "Ha sido creado expresamente para la industria farmacéutica y tiene una capacidad única para permitir una fabricación y una distribución de fármacos más fiable, atributos que son críticos en la respuesta a la pandemia de SARS-CoV-2".

Esta es la historia de cómo Corning se reafirmó como empresa profundamente conocedora del I+D y fabricó una nueva categoría de vidrio que duplicó la capacidad de la producción farmacéutica de un día para otro.

Fotos de Christopher Payne

Una cruzada para conseguir objetivos en tres frentes: durabilidad química, solidez y maquinabilidad

Lo que comenzó en 2011 como un proyecto muy pequeño, con el tiempo se convirtió en una división completa dentro de la rama biosanitaria de Corning. "Al principio", explica Michael Anderson, ingeniero sénior de desarrollo estadístico y de medición en la actualidad, "el objetivo principal del equipo era mejorar la solidez y la durabilidad química de los envases farmacéuticos en colaboración con su socio de desarrollo original, Merck". Anderson se unió al equipo en torno a 2013, primero como estadístico de apoyo para el grupo de ingeniería del proyecto y después como experto en metrología para I+D.

En Corning sabían que uno de los problemas de fabricación más acuciante de la industria farmacéutica era la contaminación por boro. En concreto, los fármacos corrosivos hacían que, con el tiempo, el revestimiento de los viales (tradicionalmente de cristal de borosilicato) se delaminara, lo que acababa echando a perder lotes completos de fármacos y vacunas. "Pero los puntos débiles a los que se enfrentan los fabricantes farmacéuticos cambian con el tiempo", afirma Anderson. Cuando en Corning encontraron una solución para la durabilidad química, sus socios de desarrollo les pidieron que resolvieran el problema de las roturas. Finalmente, Pfizer también se unió al proyecto y la optimización de la fábrica pasó a ser el centro de atención mientras los científicos buscaban la manera de reducir la fricción causada por los revestimientos tradicionales de los viales.

"Si quieres llenar 500 millones de viales con tu maquinaria actual, de repente tu principal preocupación pasa a ser lo rápido que se mueven las piezas", explica Anderson. "Esa es la característica a la que llamamos maquinabilidad", es decir, la velocidad a la que puede funcionar una línea de fabricación.

Para hacer frente a estos tres desafíos mediante una única fórmula para vidrio, fueron necesarios años de experimentación, crear conocimiento del producto, a veces volver a empezar desde cero e ir optimizando poco a poco. "Ha sido un proceso largo", afirma Anderson, "y debe su éxito a las profundas raíces que Corning tiene en la ciencia del vidrio y su dedicación al conocimiento del proceso estadístico.

En Corning, todo el mundo es ingeniero de procesos 

Corning es una empresa en la que el espíritu científico está muy arraigado y sus directores (muchos de ellos antiguos científicos de I+D y estadísticos) han apoyado la adopción generalizada de enfoques estadísticos. "La estadística", explica Anderson, "es parte de todas las descripciones de puestos de trabajo en Corning: desde los materiales, hasta la logística de la cadena de suministro, pasando por la fabricación. ¿Su mantra? Todo el mundo es un ingeniero de procesos y cada ingeniero de procesos debe tener habilidades de análisis de datos".

Puede que la empresa tenga grandes expectativas en cuanto a la alfabetización estadística, pero Corning también proporciona a sus empleados el mejor equipamiento y las mejores herramientas para poder implementar de forma eficiente y efectiva los métodos estadísticos y el diseño experimental. "A diferencia de otras empresas", afirma Anderson, "Corning ha dado prioridad a garantizar que la gente tenga las herramientas que necesita". Durante muchos años, eso fue sinónimo de Minitab, un paquete estadístico con un largo recorrido en la industria.

"Sin embargo", explica Anderson, "hubo un punto de transición en el que las limitaciones del software superaron sus ventajas". "Como sabe cualquier persona que haya utilizado Minitab, si tus columnas no son exactamente del mismo tamaño, te mueves en un mundo de frustración", añade. "Y cuando los ingenieros jefe escucharon demasiadas veces 'iba a terminar esta presentación pero no sé cómo sacarla de Minitab', se llegó al punto de tener que buscar en otro sitio".

Para Corning, esa transición implicó adquirir licencias para JMP y JMP Pro, un favorito de la industria que empareja una sólida estadística con una visualización sencilla. "JMP puede funcionar con un conjunto de datos desequilibrado. Te dice cuáles son los riesgos, lidia con ellos y te ayuda a tomar una buena decisión en lugar de simplemente decir no", dice Anderson. Lo que ofrece JMP es "un producto a un precio competitivo que supone una mezcla de herramientas comunes que cualquier ingeniero puede utilizar y herramientas estadísticas avanzadas que te permiten analizar problemas que cualquier profesional del campo de la ingeniería y de la investigación tiene que enfrentar en su día a día".

En el desarrollo de lo que se convirtió en Valor Glass, "cuesta pensar en cuando aún no usábamos JMP", afirma Anderson mientras se ríe. Una de las áreas clave que constituyó una prueba de concepto para el software fue el diseño de experimentos (DOE). 


"Dado el dinero que estamos gastando, queremos aprender todo lo posible. Cuando digo 'quiero hacer esto como experimento con diseño completo', nunca encuentro resistencia. A estas alturas, el diseño de experimentos es parte inherente de Corning".

— Michael Anderson, ingeniero sénior de desarrollo estadístico y de medición

El diseño de experimentos, un enfoque más estratégico para la experimentación, en la que incluso los errores aportan un conocimiento valioso

El diseño de experimentos es una rama de la estadística aplicada que utiliza experimentos controlados para identificar y analizar los factores que afectan a un parámetro o grupo de parámetros. En el diseño de experimentos, los científicos adoptan un enfoque para la recolección y el análisis de datos que permite tener una mejor perspectiva de las interacciones entre factores y facilita la manipulación de múltiples factores de entrada de forma simultánea.

Anderson explica que el diseño de experimentos en JMP fue clave para optimizar las ratios de componentes y las variaciones en las configuraciones de proceso para las formulaciones de Valor, entre otras cosas. "Está el refuerzo químico que se utiliza para hacer que el vidrio sea así de fuerte y también está el revestimiento externo que se utiliza para que los viales se deslicen el doble de rápido por las líneas de llenado de las fábricas", explica, añadiendo que dentro de cada característica hay otras subcaracterísticas que también requieren optimización.

"Un tópico de los materiales es que no hay un criterio universal. Si aumentas uno [factor], lo normal es que estés comprometiendo algo más. Queríamos que nuestro revestimiento fuera lo más transparente posible, pero también queríamos que aguantara los procesos que fueran necesarios [cuando se llena], por ejemplo", afirma. "La cantidad de fórmulas, la superficie de respuesta, y el diseño de experimentos para mezclas que hemos hecho para optimizar las ratios de componentes y para comprender los subcomponentes que había dentro de esos componentes es tremenda".

Afortunadamente, Corning ha priorizado el I+D a nivel empresarial de una manera que ha superado a la de sus competidores al asignar suficiente financiación a la experimentación como para permitir que los equipos de desarrollo cometieran errores. "La capacidad de cometer errores es cara, pero es una parte fundamental de la experimentación", dice Anderson. "Y en Corning nunca me he encontrado con una gran resistencia a la hora de llevar a cabo experimentos. Dado el dinero que estamos gastando, queremos aprender todo lo posible. Cuando digo 'quiero hacer esto como experimento con diseño completo', nunca encuentro resistencia. A estas alturas, el diseño de experimentos es parte inherente de Corning".

Fotos de Christopher Payne

JMP® es una ventanilla única para el diseño de experimentos y el aprendizaje estadístico de todo tipo 

Sin embargo, la parte del diseño es solo la mitad del proceso de diseño de experimentos. El análisis es igual de importante, independientemente del tipo de diseño que implemente el equipo. "En el desarrollo de Valor Glass, ha sido crucial para el equipo no solo identificar los factores clave (sus fortalezas e interacciones), sino también poder visualizar y comprender estos factores a través de gráficos", explica Anderson. En algunos casos, era tan sencillo como visualizar la uniformidad del lateral de un vial. "Al visualizarlo, sabías de inmediato si algo iba mal o no".

"La visualización de datos acelera el proceso de análisis al permitir controles de calidad a simple vista, y es un área en la que JMP destaca", afirma Anderson. Los usuarios pueden explorar de manera fácil e interactiva los espacios de diseño mediante una matriz de perfiladores, localizando visualmente los regímenes de operación viables y los puntos de ajuste de factores. "Esa habilidad inmediata para crear gráficos interactivos de tus datos es lo que me convenció de JMP hace 29 años, y la verdad es que sigue haciéndolo. Creo que a todos les encanta tener el constructor de gráficos como centro de su mundo JMP", dice Anderson.

A menudo se considera la plataforma del constructor de gráficos de JMP como un punto de entrada para los recién llegados a la estadística industrial aplicada, y el amplio catálogo de recursos de formación interna y educación continua de Corning ayuda a sus usuarios a adquirir habilidades a partir de esas bases. "Las clases de estadística interna de la empresa han evolucionado para ponerse al día con las herramientas, lo que incluye el curso básico de interpretación de datos", afirma Anderson. "En los 12 años que llevo en Corning, se ha pasado de una clase sin ordenadores, a Minitab y a JMP hace cuatro o cinco años". Los cursos más avanzados incluyen el diseño de experimentos, los sistemas de calidad y el análisis de sistemas de medición.

Entre las oportunidades de desarrollo, Corning ofrece formación especializada en JMP a través de una colaboración con SAS Education y jornadas sobre JMP que se organizan cada año para los niveles intermedio y avanzado. Un foro interno también da cabida a grupos de usuarios dedicados a una amplia variedad de aplicaciones.

De 30 minutos a unos pocos segundos: los scripts personalizados optimizan los análisis de repetición 

Mientras el volumen de procesamiento de datos experimenta un enorme crecimiento con la integración de la iniciativa de transformación digital de Corning (y no solo en Corning, sino en toda la industria), los equipos de I+D buscan herramientas personalizadas para consultar y analizar datos, evitando los peligros potenciales del aislamiento de datos. El scripting, según explica Anderson, ayuda a los ingenieros a personalizar complementos que puedan extraer datos de múltiples bases de datos a la vez, aumentando las ventajas para la organización, no solo a nivel de producción, sino también a nivel de desarrollo.

Los scripts personalizados escritos en el lenguaje de programación de JMP también permiten evitar tediosas tareas de limpieza de datos y análisis repetitivos. Y es tan sencillo como establecer las condiciones para la captura y la organización de datos. "Al final del día, cuando [los ingenieros] han terminado de medir algunas partes, ejecuto un script que me lleva 15 segundos", dice Anderson. "Si tuviera que hacerlo a mano [como solíamos hacer antes], tardaría al menos 30 minutos".

De 300 a 750 viales por minuto: Valor Glass duplica las velocidades de sus líneas de producción (para vacunas contra la COVID-19 y mucho más).

Con todos los parámetros de su formulación meticulosamente optimizados, Valor Glass ha establecido un nuevo patrón de oro para el envasado farmacéutico tras su lanzamiento y aprobación por parte de la FDA a finales de 2019. Sus ventajas estaban claras: mientras que las líneas de producción tradicionales solo alcanzaban velocidades de entre 300 y 400 viales por minuto, los viales de Valor Glass permiten a los fabricantes hacer funcionar sus plantas a velocidades de 750 viales por minuto, lo que supone más del doble de la capacidad total de las instalaciones, y prácticamente de un día para otro.

Durante los primeros meses de 2020, mientras el nuevo coronavirus SARS-CoV-2 se propagaba rápidamente por todo el mundo, se puso de manifiesto lo oportuna que era la innovación de Corning. Esta innovación fue reconocida por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en junio de 2020, cuando la Biomedical Advanced Research and Development Authority otorgó una beca de 204 millones de dólares a Corning para que aumentara rápidamente la producción de Valor Glass.

Ahora que Valor Glass tiene la capacidad de acelerar los plazos de entrega de las vacunas frente a la COVID-19 en todo el mundo, la inversión de Corning en un meticuloso I+D basado en datos a lo largo de 10 años ha sido amortizada, no solo por sus primicias de diseño, sino también por su impacto real en la sociedad. Acelerar la distribución de la vacuna puede, literalmente, salvar vidas.

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Los resultados ilustrados en este artículo son específicos para situaciones, modelos de negocio, captura de datos y entornos informáticos particulares descritos aquí. La experiencia de cada cliente de SAS es única de acuerdo con las variables de negocio y técnicas y todas las declaraciones deben considerarse atípicas. Los ahorros, resultados y características del desempeño reales pueden variar dependiendo de las configuraciones y condiciones individuales de los clientes. SAS no garantiza o representa que cada cliente obtendrá resultados similares. Las únicas garantías para los productos y servicios de SAS son aquellas que se establecen en las garantías expresas del contrato escrito para dichos productos y servicios. Nada de lo descrito aquí debe ser interpretado como una garantía adicional. Los clientes han compartido sus éxitos con SAS como parte de un intercambio contractual acordado o de un resumen del éxito de un proyecto después de una implementación exitosa del software de SAS.

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