BioIntelligence

Wird Ihr virtueller Zwilling eines Tages Ihr Leben retten?

Von physischen zu virtuellen Modellen lebender Systeme durch BioIntelligence

In der Slowakei kann ein junger Mann, 9 Jahre nachdem er durch Sturz ein Drittel seiner Schädeldecke verloren hat, wieder gehen und sprechen. Der Durchbruch gelang mithilfe eines 3D-Druckmodells seines Schädels, das von Medizintechnikern verwendet wurde, um ein genau eingepasstes Implantat zu konstruieren und herzustellen, durch das der Druck auf sein Gehirn entlastet werden konnte. In Texas sind siamesische Zwillingsmädchen auf dem Weg zu einem gesunden, voneinander unabhängigen Leben, nachdem Chirurgen die 30-Stunden-Operation mit einem genauen 3D-Modell ihrer Brusthöhlen und der gemeinsamen Organe sorgfältig geplant hatten. Und in London kann ein zweijähriges Mädchen wieder fröhlich essen und weiter heranwachsen, nachdem Ärzte mithilfe eines 3D-Druckmodells und Patches ein Loch in ihrem Herzen schließen konnten, das zunächst zu tief erschien, um es zu heilen.

Auf der ganzen Welt setzen medizinische Teams 3D-Modelle ein, um präzise Darstellungen der Patientenanatomien zu erstellen. Diese Modelle ermöglichen den Teams, komplexe operative Eingriffe zu planen und zu üben sowie lebensrettende, für einzelne Patienten maßgeschneiderte Implantate und Prothesen herzustellen. Dies ist eine bemerkenswerte Entwicklung, die bereits enorme Auswirkungen auf das Leben von schwer erkrankten oder stark verletzten Patienten hat.

Dies ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs. Die wahre Revolution in der Medizin und medizinischen Pflege des 21. Jahrhunderts wird jedoch nicht durch physische Modelle, sondern durch virtuelle vorangetrieben. Eines Tages werden diese virtuellen Modelle in der Lage sein, die reale Physiologie und Pathophysiologie des Menschen – sogar eines individuellen Patienten – zu simulieren und können dadurch die Art, wie Verletzungen und Erkrankungen untersucht, diagnostiziert und behandelt werden, für immer ändern.

Willkommen zu den Anfängen von BioIntelligence.

Orientierung der Medizin am Himmel

Mit BioIntelligence werden Modellierungs-, Simulations- und PLM-Prozesse (Product Lifecycle Management) in die Life Sciences-Industrie eingeführt.

Während der virtuelle Zwilling als ein Zukunftstraum erscheinen mag, sind die Aktionen, die zur Realisierung dieses Traums bereits ergriffen wurden, in dem noch jungen Gebiet von BioIntelligence in vollem Gange. BioIntelligence (teilweise auch als „In Silico-Medizin“ oder „Computational Medicine“ bezeichnet) setzt Computertechnologien ein, um biologische und medizinische Prozesse in einer virtuellen Umgebung („In Silico“) zu modellieren, zu simulieren, zu visualisieren und erlebbar zu machen.

BioIntelligence zielt darauf ab, biologische und medizinische Prozesse präzise in einer virtuellen Umgebung („In silico“) zu modellieren, zu simulieren und zu visualisieren.

Als Inspiration für BioIntelligence dienen interessanterweise komplexe Fertigungsbranchen wie die Luftfahrt. Vor dem Hintergrund der enormen Kosten und Komplexität der Herstellung eines neuen Flugzeugs hat die Luftfahrtbranche bereits vor langer Zeit einen interdisziplinären, organisationsübergreifenden Ansatz zur Konstruktion und Fertigung von Flugzeugen umgesetzt.

Sie haben auch physikalische Prototypen und Prüfungen mit virtuellen Modellen und Simulationen entwickelt, um das Verhalten komplexer Systeme vollständig zu verstehen und vorherzusagen. Dieser kollaborative Ansatz und der Einsatz virtueller Technologien haben Innovationen inspiriert, Produktionszeiten drastisch verkürzt, Materialabfall reduziert und dazu geführt, dass Probleme in der Fertigung, Montage und Wartung identifiziert und auf kostengünstige Weise in der virtuellen Welt behoben werden konnten, lange bevor der erste Niet eingeschlagen wurde.

3DEXPERIENCE Plattform – Demonstration

Während Arzneimittelhersteller schon seit längerer Zeit virtuelle Proteine und Proteinverbindungen modelliert und gegenüber medizinische Datenbanken abgeschirmt haben, sind die Entwicklung und Produktion von Medikamenten in der realen Welt weitreichend verwurzelt, während die Kooperation zwischen Disziplinen und Organisationen begrenzt ist.

Jeden Tag schuften Arzneimittelhersteller allein auf weiter Flur, um echte Medikamente herzustellen, die sie zunächst an echten Tieren und dann an echten Patienten in echten Klinikstudien testen. Und die Zeit und finanziellen Mittel, die sie dafür aufwenden, sind erschreckend hoch. Arzneimittelhersteller können heutzutage damit rechnen, rund $ 2,9 Mrd. über 10 Jahre aufwenden zu müssen, um ein einziges neues Medikament auf dem Markt einzuführen (siehe Studie von Tufts Center for the Study of Drug Development).

Angesichts der enormen Dynamik und Komplexität lebender Systeme wird deutlich, dass der kollaborative Ansatz für Forschung und Entwicklung zusammen mit dem Einsatz virtueller Modellierung und Simulation für die Life Science-Industrie von enormem Nutzen sein würde.

Die Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlichen Disziplinen und Akteuren wie Pharmaunternehmen, Forschungslaboren, Gesundheitsdienstleistern und Computerunternehmen würde den essenziellen Austausch von Wissen und Erfahrung ermöglichen, um Einblicke und Innovationen zu fördern.
Darüber hinaus würde die gemeinsame Nutzung von Computermodellen und -simulationen Forscher in die Lage versetzen, komplexe Systeme besser zu verstehen und die biologischen Wirkungen verschiedener Arzneimittel und Behandlungen präziser vorherzusagen, damit Arzneimittelhersteller wiederum Echtzeit-Assays optimieren und unwirksame Behandlungen aus Studien eliminieren können, bevor die Medikamente produziert werden.
Kurz gesagt können durch diese Änderungen die Innovationen hervorgebracht und Gewinne an Effizienz, Effektivität und Sicherheit erzielt werden, die Sie für andere Branchen hervorgebracht haben. Solche Ansätze könnten auch die Tür für eine vollkommen individualisierte Medizin öffnen, da gemeinschaftlich produzierte Modelle und Simulationen mit realen Daten individueller Patienten durchsetzt sind.

Es erfordert durchschnittlich 10 Jahre und 2,9 Mrd. Dollar, um ein neues Medikament auf dem Markt einzuführen.

Tufts Center for the Study of Drug Development

Werden wir bald virtuelle Medikamente an virtuellen Patienten in virtuellen klinischen Studien testen?

Das Fundament ist gelegt

Das Ausführen von Arbeiten entlang des virtuellen Pfads – von Molekülen zu Zellen, Organen, Organsystemen und dem gesamten menschlichen Körper – dauert Zeit und erfordert die Modellierung und Simulation bestimmter chemischer, biologischer und materieller Entitäten sowie komplexer biologischer Systeme. Die Arbeiten sind jedoch bereits in vollem Gange.

Um die BioIntelligence-Technologie und das Fachwissen in der Life Science-Industrie voranzubringen, hat sich das kollaborative öffentlich-private BioIntelligence Consortium seit 2009 dazu verpflichtet, Kooperation, digitale Modellierung und Simulation sowie PLM-Systeme (Product Lifecycle Management), die bereits seit langer Zeit in Industriesektoren einsetzt werden, für die Hersteller von Arzneimitteln und medizinischen Geräten verfügbar zu machen. Das von Dassault Systèmes geführte Konsortium schließt Industriepartner (Bayer CropScience, Ipsen, Pierre Fabre, Sanofi und Servier), Spezialisten von Bio-SMBs (Sobios und Aureus Pharma) und öffentliche Forschungsinstitute (Génopole, INRIA und INSERM) ein.

Das Ergebnis dieser gemeinsamen Arbeiten stellt die Lösung „Designed to Cure“ dar, die Dassault Systèmes mit BIOVIA BioPLM-Anwendungen entwickelt hat. Die Lösung ist dafür konzipiert, die Herausforderungen anzugehen und die Effizienz und Effektivität der Wirkstofferkennung und des Entwicklungsprozesses zu verbessern. Durch eine weltweite wissenschaftliche Zusammenarbeit, die Vereinigung wissenschaftlicher Inhalte und die semantische Suche sowie die virtuelle Modellierung und prognostizierende Simulationen können Pharmaforscher und ihr weltweites Ökosystem diese Lösung einsetzen, um schneller und effizienter neue Arzneimittel zu entwickeln sowie die Erfolgsquote hinsichtlich der Bereitstellung neuer, besserer, gezielter therapeutischer Lösungen zu erhöhen.

Aufzeichnungen der BioIntelligence-Erlebnistage

Begrüßung und Vorstellung
Patrick Johnson
Vizepräsident der unternehmenseigenen F&E-Abteilung bei Dassault Systèmes

Eine ehrgeizige F&E-Initiative mit G5 Santé
Bertrand Parmentier
CEO, Pierre Fabre Group

3DEXPERIENCE Plattform & BIOVIA
Max Carnecchia
BIOVIA CEO, Dassault Systèmes

BioPLM – Demonstration
Nicolas Froloff
BIOVIA BioPLM R&D Life Sciences Director, 3DS

Die Perspektive von Wissenschaftlern
Martin Karplus
Nobelpreisgewinner

Die europäische Perspektive
Philippe De Backer
Europäisches Parlament

Die 3DEXPERIENCE Plattform: Überdenken Sie Innovationen!
Bernard Charlès, CEO, Dassault Systèmes

Das Beste von
BioIntelligence

Erfahren Sie mehr

Mastering BioIntelligence

Mastering BioIntelligence

Zusammen die Herausforderungen der Pharmabranche meistern

„Die Macht der digitalen Welt kann die aktuellen Verfahren der Branche von Grund auf transformieren.“ Erfahren Sie in einem Interview mit Christophe Thurieau, dem Senior-Vizepräsident für wissenschaftliche Angelegenheiten von Ipsen und dem Präsident von Ipsen Innovation, mehr über das BioIntelligenceConsortium. Artikel lesen

Forschung und Entwicklung dank Digitalisierung und Zusammenarbeit

Forschung und Entwicklung dank Digitalisierung und Zusammenarbeit: Eine neue Vision für die Pharmaindustrie

Enterprise Innovation, 31.08.2015

„Die in der Pharmaindustrie üblichen Insellösungen sowie die hohe Komplexität dieser Branche auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung machen sie zu einem vielversprechenden Markt für Unternehmen im Produktlebenszyklus-Management (PLM).“ Artikel lesen

Der Kampf gegen die Datenlawine in der Life-Sciences-Branche

Der Kampf gegen die Datenlawine in der Life-Sciences-Branche

R & D Magazine, 10.08.2015

„Big Data entwickelt sich zu einem enormen Problem in der Wissenschaft, da diese Datensätze derart groß und komplex sind, dass herkömmliche Datenverarbeitungsmethoden nicht mehr greifen. Dies trifft vor allem auf die Life-Sciences-Branche zu, da man hier bei der Entwicklung von adäquaten Tools für die Analyse und Interpretation von großen Datensätzen noch hinterherhinkt. Dadurch entwickelt sich nach und nach eine sogenannte Datenlawine.“ Artikel lesen

Gartner-Logo

Gartner: „Biovia von Dassault Systemes kann den PLM Life-Sciences-Markt erobern“

„Dassault Systèmes verfügt nun ohne Zweifel über das breiteste Portfolio an Produktlösungen für die Life-Sciences-Branche. Es deckt den Bedarf in den Bereichen Forschung und Entwicklung und in der Produktvermarktung ab, sowohl bei Herstellern von medizinischen Geräten als auch von pharmazeutischen Produkten. Biovia wird eine große Rolle in der Forschung und Entwicklung von Pharmazeutika, bei Biotechnologiefirmen und akademischen Forschungsinstitutionen spielen. Biovia und seine Kunden werden letztendlich virtuelle Modelle erstellen können, die für patientenspezifische Medikamente, Arzneimittel und Therapien für Mensch und Tier eingesetzt werden können.“ Bericht lesen