Modelowanie kosztów produkcji szczepionek: Szacowanie kosztów produkcji mRNA i innych rodzajów szczepionek

Joséphine Cheng, Senior Consultant, Traditional Modalities Asia, Bioprocessing Strategy, Jérome Dalin, Senior Consultant, BioProcessing Strategy Development, Biopharma 4.0, Cory Peterson, Strategy Analytics and Intelligence, Valentin Delor, Senior Strategy & Market Intelligence Analyst

Istnieje szeroka gama szczepionek, które można wykorzystać przeciwko patogenom zakaźnym, a każda z nich ma swój własny zestaw zalet, wad i kosztów produkcji. Aby określić, która z nich jest najlepsza dla konkretnego zastosowania, konieczne jest zrozumienie, ocena i optymalizacja kosztów w celu maksymalizacji wydajności produkcji. W tym artykule opisano wykorzystanie niestandardowego modelu kosztów do oszacowania ekonomiki produkcji produkcji szczepionek przy użyciu różnych metod.

• Użycie modelowania kosztów w celu zrozumienia procesów
• Komponenty modelu kosztów produkcji szczepionek
• Analiza i porównanie struktur kosztów, kosztu na dawkę i efektywności operacyjnej
• Jakościowe i ilościowe porównanie metod podawania szczepionek
• Modelowanie kosztów zapewnia krytyczny wgląd w proces podejmowania decyzji.
• Explore Related Products
• Discover Related Applications

Użycie modelowania kosztów do zrozumienia procesów, symulacji wąskich gardeł i optymalizacji wydajności produkcji

Modelowanie kosztów jest potężnym narzędziem, które można wykorzystać do lepszego zrozumienia procesów produkcji szczepionek, symulacji wąskich gardeł i optymalizacji wydajności produkcji. Opisany poniżej model kosztów uwzględnia koszty bezpośrednie i pośrednie w całym procesie produkcji szczepionek, od badań po produkcję GMP. Inne koszty, takie jak badania i rozwój, marketing i licencjonowanie, pakowanie i dystrybucja, byłyby oddzielone od obliczeń modelowania, ponieważ koszty te mogą się znacznie różnić w zależności od każdego produktu.

Dzięki tak szczegółowemu modelowaniu możliwe jest określenie kosztów produkcji szczepionki przy użyciu różnych metod oraz tego, w jaki sposób decyzje związane z procesem, takie jak skala i określone technologie, mogą wpływać na te koszty. Modelowanie kosztów może również dostarczyć cennych wskazówek związanych z projektowaniem obiektów dla zespołów inżynieryjnych.

Modelowanie kosztów może być stosowane w całym procesie produkcji szczepionek, aby zrozumieć i zidentyfikować największe koszty procesu. Analizy wrażliwości i analizy typu "co jeśli" można przeprowadzić w celu określenia wpływu zmian popytu i miana na koszty oraz tego, czy zmiany te spowodują powstanie wąskich gardeł. Modele mogą być również wykorzystywane do przeprowadzania symulacji scenariuszy i oceny proponowanych zmian procesu pod kątem ogólnych kosztów, kwantyfikacji kompromisów, kwantyfikacji tego, jak koszty zmieniają się wraz ze wzrostem skali i czy mogą istnieć ograniczenia w wyposażeniu. Możliwe jest również symulowanie planowania procesów w celu optymalizacji planowania obiektów i pracy.

Modelowanie kosztów ma jednak pewne ograniczenia. Nie można przewidzieć, czy dane podejście będzie działać z technicznego punktu widzenia i nie wykorzystuje kosztów bezwzględnych z dużą dokładnością. Modele kosztowe nie mogą uwzględniać elementów niepewności, w tym zmian rynkowych, uznanych i tajemniczych niewiadomych oraz potencjalnego wpływu innowacji technicznych. Ponieważ dynamika rynku i technologia ewoluują, modele kosztów wymagają regularnej kalibracji, aby pozostać odpowiednimi.

Componenty modelu kosztów produkcji szczepionek

Opisany poniżej model kosztów obejmuje kapitał, robociznę, materiały, materiały eksploatacyjne i inne koszty, które są pięcioma kluczowymi parametrami produkcji różnych rodzajów szczepionek (Rysunek 1).

Model został opracowany przy użyciu oprogramowania BioSolve (Biopharm Services) i opierał się na danych wejściowych związanych z przepływem i parametrami procesu, kosztem materiałów i innymi założeniami. Dane wejściowe modelu zostały oparte na opublikowanych informacjach; bilanse masy/materiałów, dobór materiałów eksploatacyjnych i sprzętu zostały oparte na przewidywanych wielkościach procesu, wraz z czasem, robocizną, powierzchnią i mediami, w celu obliczenia kosztów produkcji, nakładów inwestycyjnych i odpowiednich zestawień materiałów.

Inne koszty

• Ubezpieczenie
• Inżynieria i części zamienne
• Użytki

Praca

• Personel produkcyjny
• Personel jakościowy
• Pozostały personel

Materiały eksploatacyjne

• Filtry, membrany
• Żywice chromatograficzne
• Żywice chromatograficzne
• Komponenty jednorazowego użytku

 

 

Rysunek 1. Parametry związane z produkcją uwzględnione w modelu kosztów.

Kapitał

• Koszty wyposażenia
• Oszacowanie kapitału (instalacja, orurowanie, HVAC, zasilanie, budynek)
• Weryfikacja

Materiały

• Media, bufor
• Chemia czyszcząca (stała, PW/WFI)

Analiza i porównanie struktur kosztowych, kosztu na dawkę i efektywności operacyjnej różnych modalności szczepionek

Celem tej inicjatywy było przeanalizowanie i porównanie struktur kosztowych i efektywności operacyjnej produkcji szeregu modalności szczepionek, od bardziej tradycyjnych po te będące w czołówce innowacji. Model został również wykorzystany do ujawnienia etapów, które mogą stanowić potencjalne wąskie gardła w oparciu o wkład w koszty ogólne, a także do zbadania wpływu starszych procesów i technologii jednorazowego użytku na strukturę kosztów.

Wyniki: Porównanie kosztów w przeliczeniu na dawkę w przypadku technologii jednorazowego użytku i starszych technologii produkcji 

Rysunek 2 przedstawia porównanie kosztów procesów ze stali nierdzewnej i jednorazowego użytku. Koszt jednej dawki był ogólnie wyższy przy użyciu sprzętu ze stali nierdzewnej, głównie ze względu na znacznie wyższe koszty inwestycji kapitałowych i robocizny, które przyćmiły oszczędności na materiałach eksploatacyjnych i materiałach. Koszty robocizny obejmowały szereg czynności, takich jak procedury czyszczenia parą i czyszczenia na miejscu, przygotowanie buforów i walidacje. Podczas gdy niższy wskaźnik wykorzystania zwiększył wpływ kosztów kapitałowych, symulacja scenariuszy może być wykorzystana do zidentyfikowania optymalnego dostosowania oszczędności kosztów i wydajności produkcji.

Rozkład kosztów dla starszego procesu i procesu jednorazowego użytku przy niskich i wysokich wskaźnikach wykorzystania obiektu pokazano na Rysunku 2 dla inaktywowanych i białkowych wirusów podjednostkowych, dwóch powszechnych metod stosowanych w produktach wprowadzanych na rynek.

Rozkład kosztów między starszym procesem a procesem jednorazowego użytku porównano przy niskich i wysokich wskaźnikach wykorzystania obiektu. Jak pokazano na Rysunkach 2A i 2B, nowoczesny proces jednorazowego użytku miał niższy całkowity koszt na dawkę, ze względu na zmniejszenie nakładów pracy i kapitału oraz wyższą wydajność w nowoczesnych procesach jednorazowego użytku. W rezultacie liczba partii była niższa w przypadku procesu jednorazowego użytku, co przełożyło się na niższe koszty materiałów eksploatacyjnych. Porównanie nowoczesnych procesów podjednostek białkowych na Rysunkach 2C i 2D wykazało, że wydajność była taka sama zarówno w przypadku starszych procesów, jak i procesów jednorazowego użytku. Gdy wskaźnik wykorzystania obiektu wzrósł do 80-90%, koszt jednej dawki był porównywalny; nastąpiła redukcja kosztów kapitału i robocizny w procesie jednorazowego użytku oraz wyższy odsetek kosztów materiałów eksploatacyjnych (2D).

Proces jednorazowego użytku ma niższy całkowity koszt w przeliczeniu na dawkę, ze względu na zmniejszenie nakładów pracy i kapitału oraz wyższą wydajność tego bardziej nowoczesnego procesu produkcji inaktywowanych szczepionek wirusowych (Rysunki 2A i B). Skutkuje to mniejszą liczbą partii, a tym samym niższymi kosztami eksploatacyjnymi. W przypadku podjednostek białkowych wydajność jest taka sama zarówno w przypadku dotychczasowych procesów, jak i procesów jednorazowych (Rysunki 2C i D). Gdy wskaźnik wykorzystania obiektu wzrósł do 80-90%, różnica w kosztach zmniejszyła się i była prawie porównywalna. Koszt materiałów eksploatacyjnych był jednak wyższy, podczas gdy kapitał i robocizna były niższe w procesach jednorazowych.

Przewidywanie popytu na szczepionkę może być trudne, co prowadzi do zmian w produkcji i wykorzystaniu obiektu. Technologia jednorazowego użytku oferuje bardziej elastyczne podejście do zaspokajania popytu i zmniejszania początkowych nakładów kapitałowych, przy jednoczesnym utrzymaniu niskiego kosztu towarów. Kolejne zestawy danych koncentrują się na procesach jednorazowego użytku i platformie mRNA; do porównania kosztów różnych metod produkcji szczepionek wykorzystano roczną wielkość produkcji 10 mln dawek.

Rysunek 2. Koszt w przeliczeniu na dawkę porównujący starsze procesy ze stali nierdzewnej i procesy jednorazowe w skali komercyjnej.

Wyniki: Różnice w kosztach towarów i kosztach w przeliczeniu na dawkę w zależności od modalności szczepionki

Rysunek 3 przedstawia koszt w przeliczeniu na dawkę w zależności od modalności przy produkcji na skalę komercyjną z zastosowaniem procesów w pełni jednorazowych. Dla wszystkich modalności, koszty pracy wynosiły średnio blisko 10%, a udział materiałów eksploatacyjnych, takich jak żywica chromatograficzna lub materiały jednorazowego użytku, wzrastał wraz ze wzrostem liczby partii. Jak pokazują wyniki, całkowity koszt na dawkę był najwyższy w przypadku szczepionek mRNA, a następnie tradycyjnych szczepionek inaktywowanych, szczepionek białkowych podjednostkowych i szczepionek wirusopodobnych.

Szczepionki inaktywowane mają podobne koszty związane z materiałami i materiałami eksploatacyjnymi; wydatki kapitałowe stanowią około jednej trzeciej całkowitych kosztów. Szczepionki z cząsteczkami wirusopodobnymi (VLP) produkowane przy użyciu systemów komórek owadzich mają niższe koszty materiałów eksploatacyjnych ze względu na wyższe miana i mniejszą liczbę partii potrzebnych do osiągnięcia tego samego rocznego zapotrzebowania na dawkę w porównaniu z platformami podjednostek białkowych opartymi na komórkach CHO. Szczepionki mRNA miały najniższe koszty kapitału i robocizny, ze względu na najmniejszy ślad produkcyjny i prostszy proces przetwarzania.

Rysunek 3. Procentowy udział poszczególnych kosztów i kosztu na dawkę według modalności w skali komercyjnej.

Wyniki: Wkład operacji jednostkowych w całkowity koszt różnych rodzajów szczepionek

Model został następnie wykorzystany do określenia kosztu każdej operacji jednostkowej dla różnych rodzajów szczepionek. Rysunek 4 porównuje strukturę kosztów szczepionek inaktywowanych i mRNA jako przykład. Biorąc pod uwagę ogólny rozkład kosztów produkcji, obciążenie kapitałowe dla szczepionek inaktywowanych wynosi około 41%, w porównaniu do 7% dla szczepionek mRNA; koszt materiałów wynosi około 23% dla szczepionek inaktywowanych i 81% dla szczepionek mRNA. Różnica w rozkładzie kosztów odzwierciedla fakt, że początkowe wydatki kapitałowe, skala systemów sprzętowych i powierzchnia obiektu są wyższe w przypadku szczepionek inaktywowanych w porównaniu ze szczepionkami mRNA. W przypadku szczepionek mRNA większość kosztów wynika z materiałów wymaganych do codziennej eksploatacji.

Najdroższe operacje w procesie mRNA to linearyzacja plazmidu, transkrypcja i etapy reakcji enzymatycznej, podczas gdy inne koszty są stosunkowo minimalne. W przypadku inaktywowanych szczepionek użycie endonukleazy do trawienia DNA komórki gospodarza jest kosztowne i zwiększa całkowity koszt. Zrozumienie wpływu różnych operacji jednostkowych pomaga zwrócić uwagę na obszary przepływu pracy, które można dalej zoptymalizować w celu obniżenia kosztów.

Rysunek 4. Porównanie rozkładu kosztów głównych operacji jednostkowych dla szczepionek inaktywowanych i mRNA.

Wyniki: Wkład materiałów i technologii w całkowity koszt różnych metod szczepionek

Rysunek 5 przedstawia wkład różnych materiałów i technologii, w tym pożywek do hodowli komórkowych, materiałów biofarmaceutycznych, klarowania, chromatografii, ultrafiltracji, filtracji wirusów, filtracji aseptycznej oraz jednorazowych worków i rurek; wydatki kapitałowe i robocizna nie zostały uwzględnione. Analiza ta zapewnia wgląd w to, która technologia oferuje najlepsze możliwości optymalizacji i redukcji kosztów.

Największy udział w kosztach miały na przykład materiały eksploatacyjne jednorazowego użytku, od 45% do 90% w zależności od modalności. Koszty materiałów do przetwarzania, takich jak enzymy endonukleazy, były największymi czynnikami przyczyniającymi się do codziennych operacji w przypadku szczepionek na bazie wirusów.

W przypadku szczepionek podjednostkowych białek i VLP wyróżnia się koszt chromatografii i filtrów klarujących. W przypadku szczepionek mRNA materiały biofarmaceutyczne stanowią ponad 90% kosztów operacyjnych. Aby obniżyć koszty produkcji mRNA, można zastosować tańsze enzymy lub nukleotydy. Alternatywnie, dawka szczepionki mRNA może zostać zmniejszona przy użyciu samowzmacniającego się mRNA; przy niższej całkowitej objętości dawki, koszt na dawkę może zostać zmniejszony.

Rysunek 5. Porównanie kosztów towarów dla materiałów i materiałów eksploatacyjnych w rutynowej produkcji.

Qualitative and Quantitative Comparison of Vaccine Modalities

Oprócz modelowania kosztów, przy wyborze ścieżki rozwoju należy wziąć pod uwagę kilka jakościowych i ilościowych aspektów związanych z produkcją różnych rodzajów szczepionek (Tabela 1).

Na przykład, szczepionki inaktywowane mają doskonałą historię regulacyjną, dobrą stabilność produktu, rozwój procesu jest stosunkowo prosty, a mechanizm immunogenności jest dobrze poznany. Szczepionki te mogą jednak stwarzać ryzyko odwrotnej zjadliwości, stwarzając większe zagrożenie bezpieczeństwa biologicznego dla operatorów, a tym samym zwiększając złożoność zakładu produkcyjnego.

Nowoczesne szczepionki, takie jak podjednostki białkowe i VLP, wykorzystują dobrze scharakteryzowane antygeny, a tym samym oferują przewagę w zakresie bezpieczeństwa w porównaniu z tradycyjnymi szczepionkami inaktywowanymi lub żywymi atenuowanymi. Rozwój procesu może być szybki, jeśli antygen jest zdefiniowany i istnieje wiele systemów ekspresji, z których można wybierać (np. bakterie, drożdże, komórki ssaków, komórki owadów). Skuteczność jest zazwyczaj wysoka przy pomocy odpowiedniego adiuwantu, a skutki uboczne można zminimalizować. Koszt towarów jest ogólnie porównywalny z tradycyjnymi szczepionkami, ale niższy niż w przypadku szczepionek mRNA. Złożoność obiektu jest mniejsza, a podejście oferuje większą elastyczność i krótszy czas produkcji.

Pod względem szybkości opracowywania szczepionek, szczepionki oparte na kwasach nukleinowych są najszybsze. Jako uznana technologia platformowa, mRNA umożliwia również ogromną elastyczność produkcji i szybkość produkcji. W rutynowej produkcji na dużą skalę, szczepionki mRNA wymagałyby najmniej kosztownej instalacji kapitałowej do wyprodukowania tej samej ilości docelowej. Przy tej samej skali, technologia mRNA może być z łatwością wykorzystana do produkcji znacznie większej liczby dawek w porównaniu do linii produkcyjnej szczepionek inaktywowanych. Szczepionki te wymagają również najmniejszego wykorzystania obiektu, pozostawiając w ten sposób miejsce na produkcję wielu szczepionek. mRNA jest jednak nową metodą, a zmieniające się wytyczne regulacyjne mogą powodować niepewność.

Tabela 1. Porównanie różnych metod produkcji szczepionek. * Czas trwania produkcji na partię w tym badaniu modelowym w dniach.

Modalność	Szybkość rozwoju	Elastyczność	Czas trwania produkcji (partia)	Koszt na dawkę (USD)	Stabilność	Cena sprzedaży (USD)	Zagrożenie bezpieczeństwa biologicznego dla personelu	Koszt na dawkę (USD)	Stabilność	Cena sprzedaży (USD)	Zagrożenie bezpieczeństwa biologicznego dla personelu	Złożoność zakładu	Adiuwant
Szczepionka inaktywowana	++	+	+++	++	+++	+	Wysoki	Wysoki	Tak
Szczepionka z podjednostkami białkowymi	+	++	++	+	++	++	Średni	Średni	Tak
Szczepionka zawierająca cząsteczki wirusopodobne (VLP)	+	++	++	+	++	++	Średni	Średni	Tak
Szczepionka mRNA	+++	+++	+	+++	+	+++	Niski	Niski	Nie

Skala produkcji i wykorzystanie obiektów ma również wpływ na strukturę kosztów produkcji szczepionek, co ilustruje symulacja scenariusza modelu kosztów (Rysunek 6A). Wystąpiły drastyczne różnice w kosztach produkcji w fazach 1, 2, 3 i skali komercyjnej dla różnych rodzajów szczepionek. W fazie 1, małe dawki są produkowane przy użyciu drogiego sprzętu i jako takie, większość kosztów stanowią stałe koszty kapitałowe. Jednak w miarę skalowania produkcji koszty materiałów i materiałów eksploatacyjnych stały się drastycznie wyższe (Rysunek 6B). W rzeczywistych sytuacjach materiały kliniczne są często produkowane w zakładach wieloproduktowych lub zlecane na zewnątrz, dzieląc w ten sposób i zmniejszając bezwzględny koszt kapitału i pracy.

Rysunek 6. Porównanie struktury kosztów w różnych skalach produkcji od badań klinicznych do produkcji.

Modelowanie kosztów zapewnia krytyczny wgląd w proces podejmowania decyzji w celu optymalizacji procesów produkcyjnych

Przemysł szczepionkowy stale się rozwija i ewoluuje. Szybkość, z jaką opracowano szczepionki przeciwko SARS-CoV-2, a także ich sukces w ochronie przed infekcją i łagodzeniu objawów, wzmocniły ich wartość i potencjał w walce z szeroką gamą chorób zakaźnych, raka i innych schorzeń. Zainspirowało to również do poszukiwania metod dalszego przyspieszenia produkcji bezpiecznych i skutecznych szczepionek. W rezultacie na całym świecie podejmowane są wysiłki w celu poprawy wydajności produkcji, a różne organizacje globalne, rządy lokalne i firmy biofarmaceutyczne podejmują inicjatywy skoncentrowane na technologii mRNA.

Ponieważ branża dąży do przyspieszenia przepływu pracy, intensyfikacji produkcji i zastosowania bardziej elastycznego podejścia do produkcji szczepionek, modelowanie kosztów może być potężnym narzędziem do zrozumienia i optymalizacji procesów. W połączeniu z jakościową i ilościową oceną parametrów produkcji związanych z różnymi metodami, model kosztów opisany w tym artykule może dostarczyć ważnych informacji pozwalających określić, który typ szczepionki najlepiej nadaje się do konkretnego zastosowania. Na przykład, model kosztów ujawnił kilka kluczowych ustaleń dotyczących produkcji szczepionek mRNA, które wskazują, że ta metoda może być solidnym punktem wyjścia do produkcji o niskim ryzyku:

• Pomimo, że ogólny koszt produkcji szczepionek mRNA jest najwyższy spośród różnych metod, technologia platformy i elastyczność tych szczepionek wymagają najmniejszych inwestycji kapitałowych, gdy są one wytwarzane przy użyciu sprzętu jednorazowego użytku.
• Mniejsza skala produkcji zmniejsza złożoność projektu obiektu.
• Niższy wskaźnik wykorzystania oznacza, że można wyprodukować więcej dawek na partię.

Ostatecznie wybór, która modalność szczepionki będzie produkowana, wymaga rozważenia kosztów wraz z oceną dostępnych zasobów. Oprócz zastosowania solidnego modelu kosztowego, współpraca z dostawcą technologii posiadającym globalne doświadczenie w produkcji wszystkich rodzajów szczepionek może dodatkowo zapewnić opłacalny proces wysokiej jakości.

Powiązane materiały wideo

Możliwości w zakresie opracowywania i produkcji szczepionek

Możemy pomóc dzięki najnowocześniejszym technologiom, produktom i usługom dla wszystkich modalności, od wstępnego do końcowego napełniania.

Elastyczna produkcja

Użycie elastycznych strategii produkcyjnych może pomóc sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na szczepionki.