生物制藥4.0：解讀AI+PAT賦能生物制藥連續(xù)生產工藝
PAT：生物工藝過程理解的基石
PAT是由美國FDA倡導的框架，PAT工具鏈已從單一過程參數的傳感器，演變?yōu)楹w多模態(tài)過程分析儀（如在線拉曼光譜、NIR、MES）的集成體系。旨在通過實時測量關鍵工藝參數（CPPs）與關鍵質量屬性（CQAs），提升對生產過程的理解與控制（FDA, 2004）。PAT核心工具的發(fā)展路徑聚焦于更高靈敏度、特異性、魯棒性及與過程的無縫集成。
AI算法：生物工藝過程的智能大腦
AI算法作為生物工藝過程的智能大腦，其選擇高度依賴于數據特性與應用目標：
AI+PAT：實時監(jiān)測與預測未來
深度學習驅動的連續(xù)工藝強化
基于AI算法驅動的過程分析技術（PAT）平臺，整合多源傳感器數據與實時控制策略，實現(xiàn)對生物制藥連續(xù)生產工藝（如灌注培養(yǎng)、連續(xù)下游純化）的閉環(huán)優(yōu)化。通過深度學習模型解析非線性過程動態(tài)（如細胞代謝狀態(tài)、產物關鍵質量屬性波動），結合先進過程控制（APC）系統(tǒng)實現(xiàn)：
- 實時異常檢測（如培養(yǎng)基成分偏移、層析柱載量異常）；
- 自適應調整關鍵工藝參數（CPPs）；
- 確保產品關鍵質量屬性（CQAs）一致性；
- 縮短生產周期，降低能耗與緩沖液消耗，并符合ICH Q8/Q9質量源于設計（QbD）框架的實時放行要求。
基于大數據與數字孿生的知識管理
針對生物工藝中多元變量耦合的CQA-CPP關聯(lián)性（如細胞生長-產物糖基化關系），構建多變量分析（MVA）模型：
- 數字孿生應用：集成生物反應器動力學模型、純化單元操作數據，構建全流程數字化鏡像，用于預測性維護及工藝參數敏感性分析（DoE虛擬驗證）；
- 大數據引擎：融合歷史批次數據與實時PAT數據流，通過機器學習建立風險控制策略，鎖定設計空間邊界，降低工藝轉移失敗率。
自適應預測控制系統(tǒng)
自適應預測控制系統(tǒng)（APC）是一種先進的實時優(yōu)化控制策略。它結合了預測控制模型和在線參數估計能力，利用描述工藝動態(tài)的數學模型來預測關鍵工藝參數未來一段時間內的變化趨勢。優(yōu)化器根據預測結果、設定的目標以及操作約束，計算出最優(yōu)的未來控制動作序列（如補料速率、溫度設定值、通氣量等）。其核心在于系統(tǒng)能夠持續(xù)利用在線傳感器或實時分析儀獲取的實際工藝數據，自動更新和校正其內部預測模型的參數。這種在線學習和模型調整能力使APC能夠有效應對生物系統(tǒng)固有的變異性（如細胞批次差異、環(huán)境擾動、模型失配），提高工藝的穩(wěn)健性、一致性、產物收率和質量。
Akwa® PAT是由浚真生命科學自主研發(fā)的用于關鍵工藝參數（CPP）和關鍵質量參數（CQA）持續(xù)監(jiān)測和優(yōu)化的在線過程分析系統(tǒng)。包括Akwa®Cyte在線細胞傳感器 、Akwa®Raman在線拉曼分析儀和Akwa®UV在線純化和分離過程分析系統(tǒng)，助力生物藥企通過先進的PAT技術確保產品質量及一致性，從而減少浪費、降本增效、實現(xiàn)高效工藝和技術轉移。
參考資料：
[1]FDA. (2004). Guidance for Industry: PAT — A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance. U.S. Food and Drug Administration.
浚真生命科學簡介
上�？Ｕ嫔茖W有限公司是一家專注于“生物智造4.0”產品的高新技術企業(yè)與國家級科技型中小企業(yè)。公司擁有多領域交叉學科的技術團隊，核心團隊均來自于北京大學多個院系，已提交并獲得國家專利30余項，PCT授權1項。
公司深耕生物工藝制造場景，聚焦核心技術：基于算法驅動的光學傳感與生物分析系統(tǒng)技術（光學編碼、非標記成像、高光譜成像），實現(xiàn)生物工藝在線監(jiān)控與過程分析（PAT）；以及基于先進的機器學習和深度學習技術的智能建模工具和模型評估方法，實現(xiàn)快速而精確的特異性生物建模。
公司自主開發(fā)先進的設備、軟件和耗材，產品的工藝制造達到100%國產化率。核心產品包括：CytScop®系列智能細胞計數儀及Akwa®PAT系列在線過程分析產品（涵蓋EAS在線自動采樣系統(tǒng)、Akwa®Cyte 在線細胞傳感器、Akwa®Raman在線拉曼分析儀、Akwa®UV在線純化和分離過程分析系統(tǒng)。可廣泛應用于疫苗、重組蛋白、單抗藥物及細胞基因治療產品等生物制劑的生產工藝開發(fā)與質量體系優(yōu)化。
公司已順利通過ISO9001:2015質量管理體系認證，致力于引領全球生物制藥與生物制造工藝流程自動化、數字化和智能化轉型，推進生物傳感技術與生物工藝過程建模的發(fā)展和應用。
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