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A Takeda aumenta a produção de medicamentos com a ajuda de modelos de Machine Learning

Sediada em Tóquio, a Takeda Pharmaceutical Company Ltd. é uma empresa biofarmacêutica global focada no cliente, baseada em valores e direcionada à pesquisa e desenvolvimento, que tem o compromisso de levar “mais saúde e um futuro melhor” para pessoas em todo o mundo. A paixão e a busca por tratamentos que podem mudar a vida dos pacientes estão profundamente enraizadas em mais de 230 anos de uma história notável no Japão.

Philippe Noquéro, Líder Six Sigma da Europa e Master Black Belt (MBB), é responsável pela capacidade Six Sigma em toda a rede europeia da Takeda como parte do programa geral implantado AGILE 4.0.

A Takeda tem um relacionamento de longa data com a Minitab e usa a análise para resolver problemas de fabricação, identificar e executar oportunidades de melhoria e projetar experimentos adequados para melhorar processos com o mínimo de supervisão, e muito mais.

O desafio

Na Suíça, a Takeda Neuchâtel produz três medicamentos que tratam dois tipos de disfunções ou deficiências de coagulação sanguínea:

  1. Disfunção sanguínea tipo 1: Hemofilia A - Esses pacientes apresentam uma quantidade ausente ou deficiente da proteína VIII. A hemofilia A é a forma mais comum e conhecida das disfunções ou deficiências de coagulação sanguínea. A Takeda produz estes dois medicamentos para essa disfunção:
    1. Fator VIII: Essa é a proteína necessária para a cadeia de coagulação sanguínea
    2. Fator VIII de longa duração: Essa é a versão de longa atuação do Fator VIII no corpo do paciente
  2. Disfunção sanguínea tipo 2: Doença de Von Willebrand (VWD) – essa disfunção sanguínea não permite que o sangue coagule corretamente. Pessoas com VWD têm baixo nível de proteína fator Von Willebrand ou a proteína não funciona como deveria. A Takeda produz um medicamento de coagulação para essa disfunção:
    1. Fator Von Willebrand: A proteína necessária para a cadeia de coagulação sanguínea

Os três medicamentos são também chamados de “tratamento recombinante”, o que significa que eles são produzidos sem adição de derivados humanos ou animais. Os medicamentos são derivados de produção biotecnológica que usa culturas celulares. Assim, os produtos farmacêuticos oferecem um grau extremamente elevado de segurança, pureza e eficácia.

A Takeda queria aumentar a produção desses medicamentos com mais eficiência, por isso, precisava encontrar uma maneira de aumentar o rendimento das culturas celulares usadas durante o processo de produção. Para isso, os pesquisadores precisavam entender quais parâmetros de processo afetam o desempenho da cultura celular.

A solução

A equipe de Philippe acompanhou vários lotes e coletou dados de quase 30 parâmetros de processo que podem afetar o desempenho da cultura celular para a proteína essencial para coagulação sanguínea. Philippe usou muitas ferramentas estatísticas durante a análise exploratória, inclusive técnicas de engenharia de recursos para preparar os dados para análise. A equipe descobriu que os mínimos quadrados parciais conseguiam identificar os fatores mais importantes que afetavam o rendimento. A regressão de mínimos quadrados parciais descreve a relação entre muitos preditores e uma ou mais respostas contínuas. Ela é especialmente útil quando os preditores são altamente colineares ou há mais preditores que observações.

A equipe identificou alguns parâmetros importantes no processo com esse método. Eles podem ser vistos nos coeficientes padronizados, que indicam a importância de cada preditor no modelo.

Standard coefficients of the Parameters

Phillipe sabia que compartilharia esses resultados com outros membros da equipe e colegas de outras áreas.  Como a regressão de mínimos quadrados parciais é uma técnica um pouco avançada, nem todos podem entendê-la e usá-la por conta própria.  Os cientistas e engenheiros da Takeda são capacitados a analisar os dados com o Minitab Statistical Software.  Phillipe decidiu avaliar como uma árvore de decisão CART poderia complementar a análise de regressão de mínimos quadrados parciais.  As vantagens dessa abordagem são duplas: As árvores CART podem confirmar os resultados da análise de mínimos quadrados parciais e são geralmente mais fáceis de usar e entender. 

Um resultado benéfico da árvore CART é o gráfico de importância de variável relativa. A variável com a maior pontuação de melhoria é definida como a mais importante e as outras são classificadas em relação a ela. Os resultados foram alinhados com a abordagem de mínimos quadrados parciais e geraram discussões interessantes sobre o processo de rendimento. O CART também oferece a árvore de decisão única, outra visualização intuitiva (não mostrada).

Relative Variable Importance

Os resultados

Os pesquisadores usaram vários modelos de aprendizado de máquina para aprender mais sobre o processo de rendimento e conseguiram identificar parâmetros cruciais. Os resultados da árvore de decisão CART se alinharam com os resultados da regressão de mínimos quadrados parciais. As árvores de decisão CART podem ser usadas por mais cientistas e engenheiros porque costumam ser mais fáceis de usar e interpretar. Isso ajuda a acelerar o entendimento dos resultados e a interpretação pelos usuários do Minitab na Takeda. Embora sejam novas em comparação com as técnicas tradicionais de modelamento, elas são intuitivas e complementam as ferramentas estatísticas que os engenheiros e cientistas já conhecem.

Como próxima etapa, Philippe e sua equipe planejam incorporar árvores de decisão avançadas, como as técnicas de modelamento Random Forests e árvores de aumento de gradiente (TreeNet®), usando o Minitab Statistical Software com o objetivo de melhorar a precisão do modelo. 

CLIENTE

Takeda Pharmaceutical Company Limited

A ORGANIZAÇÃO

  • Fundada em 1781 Doshomachi, Osaka, Japão
  • Negociada na NYSE (TAK)
  • Maior empresa farmacêutica na Ásia
  • Entre as 20 maiores empresas farmacêuticas do mundo por receita

O DESAFIO

A Takeda queria aumentar a produção de 3 medicamentos de coagulação sanguínea com mais eficiência, por isso, queria encontrar uma maneira de aumentar o rendimento das culturas celulares usadas na produção.

PRODUTOS USADOS

Minitab® Statistical Software

RESULTADOS

Os pesquisadores aprenderam mais sobre o processo de rendimento e conseguiram identificar parâmetros cruciais.

Acessar o estudo de caso da Minitab

Envie algumas informações adicionais para ver o estudo de caso.

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