QbD와 공정 최적화를 위한 DoE 소프트웨어
제품의 완건성을 더 적은 시험 횟수로 보장할 수 있는 방법
제품의 완건성을 보장하기 위해서는 공정과 조성을 최적화하는 방법, 변화나 대안을 결정하기 위한 방법 등을 고려할 수 있으며 이와 같은 상황에서 필요한 것이 바로 싸토리우스 MODDE® DoE 소프트웨어와 같은 적절한 데이터 분석법이 적용된 소프트웨어 솔루션입니다.
DoE 툴은 제품의 품질과 안정성, 핵심공정특성에 어떠한 요인이 영향을 미치는지를 확인하기 위한 시험을 기획, 실시, 분석, 해석할 수 있는 솔루션으로, 매 테스트 마다 하나의 매개변수만을 테스트하는 전통적인 방법에서 벗어나 여러 요인을 통합 관리함으로써 보다 신속하게 테스트를 수행하고 중요한 상호작용을 빠르게 식별해 낼 수 있다는 것이 DoE의 장점입니다.
DoE 솔루션을 활용하면 제품 개발 시 규제 기관에서 선호하는 QbD 기법의 설계 또한 고도화 할 수 있습니다. 이처럼 DoE 솔루션을 활용하여 실험의 확실성과 재현성을 확보, 이를 공정에 정확하게 대입하면 제형과 최종 제품 품질의 완건성을 보다 확실하게 보장할 수 있습니다.
DoE 툴의 실무 적용 분야
MODDE® DoE 툴을 활용한 의약품의 신속한 출시
공정이나 조성을 결정하기 위한 실험 횟수를 줄여 의약품을 보다 빠르게 시장에 출시할 수 있도록, 싸토리우스의 MODDE® DOE 소프트웨어를 활용하여 결괏값의 통계적 정확도를 검증하고 데이터를 수집함으로써 설계된 모델이 실효성이 있는지 여부를 확인하십시오.
싸토리우스 MODDE®를 활용한 실험 설계 시 얻을 수 있는 장점은 다음과 같습니다.
실험 조건 허용 범위의 신속한 결정
Design Space 정확도 향상 (준비되어 있는 템플릿을 사용하여 쉽게 따라 할 수 있는 Wizard 방식의 솔루션)
완건성이 확보된 최적 공정 방안을 결정하기 위한 QbD 기법
부분요인 단위의 실험 설계, 보완 설계 가능
설계된 모델의 실효성 여부 확인 가능
변수에 대해 만들어 낼 수 있는 모든 조합에 대한 실험을 위한 완전요인설계 지원
부분요인 단위에 대한 실험을 위한 부분요인설계 지원
MODDE®-Q를 활용한 임베디드 DoE
솔루션에 임베드된 DoE 툴을 활용하여 데이터 전송을 자동화하게 되면 인적 오류 발생 위험을 줄일 수 있습니다.
MODDE®-Q는 MODDE® Pro에서 지원되는 기능을 모두 지원하기 때문에 공정 개발 시간을 효과적으로 단축할 수 있으며, 사용자 친화적인 UI로 누구나 손쉽게 활용할 수 있는 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 지원하므로 자체 AI, ML 솔루션을 신속하게 개발할 수도 있습니다.
DOE EduPack
EduPack은 데이터 분석 공정을 사용자가 스스로 학습할 수 있도록 구성된 교육용 패키지로, 문제를 해결하기 위한 데이터 분석에 필요한 실무 기법을 학습하여 누구나 능숙하게 데이터 분석을 수행할 수 있도록 설계되어 있습니다.
DoE 툴을 활용하면 실험을 설계하고 공정이 어떻게 진행되는지에 대해 보다 세부적인 정보를 얻을 수가 있는 만큼, 공정시간을 단축하고 실험 결과의 품질도 높일 수 있습니다.
DoE를 활용한 QbD
제품과 공정이 규제기관에서 요구하는 QbD 요건을 충족하도록 관리하는데 있어 DoE 툴은 필수적인 솔루션으로 자리하였습니다. QbD 기법을 바탕으로 실험 공정을 개발하게 되면 낭비되는 시간을 줄여 보다 빠르게 기준을 충족, 의약품의 시장 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
특히, 이 과정에서 DoE 툴을 적절하게 활용하게 되면 보다 신뢰성 높은 QbD 공정을 설계함으로써 조성의 강건성 평가, 중요품질특성의 결정, 유효기간의 예측 등과 같은 실험을 수 개월간 누적된 역사적 데이터를 바탕으로 완벽하게 수행할 수 있습니다.
QbD 기법의 장점
의약품에 관련한 시험 공정을 개발하고 중요품질특성을 선택하는데 있어 QbD 기법을 활용하면 다음과 같은 장점을 도출할 수 있습니다.
중요품질특성에 대한 적합성 충족
규제기관 요구조건에 대한 적합성 충족
조성의 완건성 예측
생산 공정에서의 폐기물 절감
신속한 시장 출시
DoE 툴을 활용한 공정 최적화
최적의 제조 공정을 개발하는데 있어 변동성을 최소화하고 사용되는 자원이나 에너지 등을 최소화하기 위해, 또는 의약품 수요 고객의 기대를 충족하는 새로운 조성을 개발해 내기 위해 DoE 툴의 사용은 필수적인 것으로 인식되고 있습니다.
DoE 툴을 사용한 공정 최적화 시 특장점은 다음과 같습니다.
최적의 조성이나 실험 레시피를 설계해 내기 까지 수행하여야 하는 실험의 횟수를 최소화
(환경, 습도, 성분 등 변화에 대항한) 완건한 공정 수립 가능
(가용 여부, 친환경성, 규제 관련, 사용자 선호 등에 따른) 성분 또는 포장의 변화를 실험 레시피에 반영 가능
DoE 툴과 대안 솔루션의 비교
공정이나 조성의 후보를 추려내는데 있어 전통적인 COST 기법이 DoE의 대안으로 꼽힙니다. “Change One Separate factor at a Time”의 약자인 COST 기법 또한 논리적인 차원에서는 전혀 문제가 없는 기법이나, 같은 결론을 내기 까지 DoE에 대비하여 더 많은 시간과 노력이 투입되어야 하며, 경우에 따라서는 잘못된 분석 결과를 도출하는 경우도 있습니다.
COST는 분석된 요인간의 교호작용(interaction)을 고려하지 못하기 때문에 어느 시점에서 분석을 실시하느냐에 따라 결과가 달라질 수 있는 반면, 반면 DoE의 경우에는 분석에 소요되는 시간 자체가 짧고, 상대적으로 고도화된 데이터 분석 기법을 활용하기 때문에 시험 대상 요인에 대한 의사결정을 보다 정확하게 내릴 수 있습니다.
동시 최대 두 건의 요인만을 분석할 수 있기 때문에, 조합 가능한 모든 안을 커버하기 위해 얼마나 많은 횟수의 분석을 수행하여야 하는지에 대한 예측을 하기가 어렵다는 약점도 있습니다.
구체적으로 DoE 솔루션이 전통적인 COST 기법 대비 갖는 장점은 다음과 같습니다.
- 분석의 수행 횟수를 정확하게 예측할 수 있음 (수행되는 분석의 횟수는 COST 대비 낮은 것이 일반적임)
- 최초 설정과는 독립적인 비편향 분석 모형 수립 가능
- COST가 동시 최대 두 건의 요인만을 분석할 수 있는데 대비, 많은 수의 요인을 동시에 분석할 수 있으며, 교호작용도 고려
조성의 강건성 예측에서 DoE의 활용
조성의 강건성을 실증하여 제품이 허용 오차 범위 이내에 들어오도록 관리함으로써 의도된 수준의 품질을 달성할 수 있어야만이 바이오 의약품을 성공적으로 시장에 출시할 수 있습니다. 특히 FDA 등 국내, 외의 규제기관을 막론하고 의약품의 유효기간 신청 건에 있어서는 매우 까다로운 기준을 적용하여 심사하기 때문에, 조성의 강건성을 정확하게 예측할 수 있는 역량의 중요성은 배가될 수 밖에 없습니다.
이와 같은 예측의 정확도를 높이기 위해 가장 먼저 확보되어야 할 것은 요구되는 통계 분석을 완벽하게 수행할 수 있는 DoE 툴로, 라벨 상의 유효 기간보다 실 유효 기간이 길 것을 요구하는 규제기관의 유효기간 안정성 조건을 충족하기 위하여는 반드시 적절한 DoE 툴을 활용하여야 합니다.
이와 관련하여, Hoffmann-Roche사에서 조성의 강건성 예측 연구에 싸토리우스의 솔루션을 활용한 사례를 아래 자료에서 확인하여 보시기 바랍니다.
조성의 강건성 예측을 위한 3단계
1 단계: 분석하여야 할 요인의 결정
조성의 강건성이 허용 범위 이내에 있는지, 즉 모든 품질 지표가 정해진 한도 이내로 들어오는지 여부를 파악할 수 있는 요인을 정확하게 결정합니다.
2 단계: 연구의 통계적 유효성 확보
결정된 요인이 완전요인설계에 적합한지를 확인합니다. 제약 업체를 예로 들면, 특정 중요품질특성이 전체 유효기간에 걸쳐 허용 가능한 범위 이내에서 유지되는지 여부가 입증될 수 있도록 하는 요인을 결정하면 됩니다. 이 외에도,
통계적 유의성이 확인되는 회귀모형이 도출되는지,
출력된 변수값 (즉, 품질특성)이 사전에 정의된 한도 이내인지 여부 또한 반드시 확인되어야 합니다.
3 단계: 다중 선형회귀분석법에 기반한 데이터 분석
먼저 DoE를 손쉽게 수행할 수 있는 솔루션을 사용하는 것은 유효한 시험 모형을 확보하기 위한 첫 걸음입니다. 싸토리우스 MODDE® DoE 소프트웨어는 조성의 강건성 분석 등 연구에서 다변량 분석을 통해 품질특성의 허용 한도를 정의하고, 정의된 허용 한도 이내로 품질특성이 유지되는지 여부를 확인하며, 의약품의 유효기간 전반에 걸쳐 그 품질이 유지될 수 있도록 안전성 요건을 효과적으로 예측할 수 있는 솔루션으로, 다변량 분석이 요구되는 모든 상황에서 신뢰성 높은 분석이 가능합니다.
DoE 툴 관련 참고 자료
웨비나 등 영상 자료
싸토리우스 MODDE® DoE 소프트웨어를 주제로 다루는 웨비나 목록은 다음과 같습니다.
Design Space 최적화
원하는 반응을 원하는 수준으로 도출하기 위하여는 여러 가지 통제변인을 정교하게 제어할 수 있어야 합니다. 최소한의 정보, 공수만을 활용하여 각 변인이 미치는 영향을 비용 효율적으로 분석할 수 있는 DoE 솔루션을 활용하면 필요에 따라 통제변인을 정교하게 제어할 수 있음은 물론, 나아가 이를 바탕으로 효율적인 QbD 전략을 수립할 수 있습니다. 모든 제원 조건에 대한 위험을 정의된 수준 이내로 통제할 수 있도록 최적 Design Space를 구하는데 있어서도 싸토리우스 MODDE®와 같은 DoE 솔루션을 활용하면 문제를 손쉽게 해결할 수 있습니다.
DoE EduPack
DoE와 QbD의 활용 방안, DoE와 QbD를 활용함으로써 얻을 수 있는 인사이트 등을 초심자도 쉽게 학습할 수 있도록 설계된 교육 훈련 패키지입니다.
문제 해결 예제를 통한 학습으로 DoE, QbD 관련 실무 역량을 배양할 수 있는 솔루션입니다.
- 목표를 달성하기 위한 효율적인 실험 설계 방안
- 적정한 통계 원리를 기초로 데이터를 분석하여 실험 결과를 평가하는 방법
- 그래프, 통계 솔루션을 활용한 결괏값의 해석
- MODDE® optimizer, 검증 실험법을 활용하여 모델링 결괏값으로부터 실행 방안 도출
- Design Space의 정의, 강건성을 위한 설정치의 결정 등