Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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Laborgerät
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Freisetzungsapparatur im Pharma-Labor

Personalisierte Medizin: Steuern und Optimieren von Abläufen

In der personalisierten Medizin wird jede:r Patient:in mit einer individuellen Therapie behandelt. Die Produktion der Medikamente muss trotz der Herstellung vieler verschiedener Variationen schnell und günstig funktionieren, denn niemand möchte lange auf seinen Wirkstoff warten.

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Produktionsplanung in der personalisierten Medizin

Maßgeschneiderte Behandlungskonzepte und personalisierte Therapien sowie Medizin sind ein zukunftsweisender Ansatz zur Behandlung von Krankheiten. Wesentliche Voraussetzungen für deren ökonomischen Erfolg sind neben der besseren Wirksamkeit, sichere, kostengünstige und vor allem schnelle Produktionsprozesse industriellen Maßstabs. Schließlich möchte niemand lange auf seinen persönlichen Wirkstoff warten. Dazu müssen die Prozesse optimal geplant und gesteuert werden.

 

Herausforderungen der Bio-Verfahren

Bio-Verfahren haben Eigenschaften, die eine optimale Auslegung und effiziente Steuerung industrialisierter Prozesse komplizierter gestalten und die Produktionvon personalisierter Medizin teurer machen:

  • Hohe Qualitätsstandards erfordern häufig die erneute Ausführung einzelner Prozessabschnitte für eine:n Patient:in
  • Unterschiedliche Prozesszeiten verschiedener Vorgangsabschnitte erschweren die Entwicklung eines periodischen Produktionsablaufs
  • Stark schwankende Prozesszeiten bedingen Plananpassungen und verhindern einen geordneten und vorhersagbaren Ablauf
Pipettieren einer DNA-Lösung
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Pipettieren einer DNA-Lösung

Maßnahmen zur Prozessoptimierung

Eine Maßnahme zur optimalen Auslegung industrieller Prozesse ist Kapazitäten von Teilprozessen mit hohen Fehlerraten sorgfältig zu analysieren: Mit welchem zeitlichen Abstand sollen Personen, die personalisierte Medizin benötigen, idealerweise ankommen, so dass es keine langen Wartezeiten gibt?

Auf Basis dessen stimmen wir die Teilprozesse aufeinander ab und entscheiden, wo wieviel Mehrkapazität vorgehalten wird, um Auslastungsspitzen abzumildern. Außerdem können Investitionen in zusätzliche Geräte abgesichert werden.

Um häufige Anpassungen zu vermeiden, planen wir Puffer zwischen den Prozessschritten ein. So haben Verzögerungen nur lokale Auswirkungen und es entsteht ein periodischer Fahrplan für die Produktion der personalisierten Medikamente: Für jeden Prozessabschnitt legen wir fest, wann er für wie viele Patientinnen und Patienten gestartet wird. Wer und wie viele es tatsächlich sind, hängt von den Wiederholungen ab.

Wir analysieren die individuellen Herausforderungen von Bio-Prozessen und entwickeln Konzepte zur Steuerung und Optimierung der Abläufe. Zur Bewertung der Konzepte erstellen wir Digitale Zwillinge der Prozesse und simulieren das Zusammenspiel der verschiedenen Aspekte.

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