Bio-intelligence

Il nostro gemello virtuale ci salverà un giorno la vita?

Dai modelli fisici ai modelli virtuali di sistemi viventi attraverso la bio-intelligence

In Slovacchia, un giovane si è alzato dalla sedia a rotelle e ha ricominciato a comunicare dopo 9 anni dall'incidente che gli aveva causato la perdita di un terzo del cranio. Questo sbalorditivo risultato è stato ottenuto dopo che un team di ingegneri biomedici ha utilizzato un modello 3D stampato del cranio del giovane per progettare e costruire un impianto perfettamente compatibile in grado di alleviare la pressione sul suo cervello. In Texas, due gemelle siamesi sono state separate al termine di un intervento durato 30 ore, che i chirurghi hanno accuratamente pianificato utilizzando un modello 3D esatto delle cavità toraciche e degli organi che le due bambine avevano in comune. Infine, a Londra, una bambina di due anni è perfettamente guarita dopo che i medici hanno utilizzato un modello 3D stampato e applicato un patch per chiudere un foro nel cuore le cui dimensioni facevano temere fosse impossibile da riparare.

Equipe mediche in tutto il mondo utilizzano modelli 3D per creare riproduzioni esatte dell'anatomia dei pazienti. In questo modo i medici hanno la possibilità di pianificare e simulare complessi interventi chirurgici e costruire impianti e protesi salvavita realizzati su misura per i singoli pazienti. È un'evoluzione significativa, che esercita già un impatto enorme sulla vita di chi è gravemente malato.

Ma questa è solo la punta dell'iceberg. La vera rivoluzione in medicina e nelle cure mediche del 21° secolo non arriverà da questi modelli fisici bensì da modelli virtuali. Un giorno, grazie a modelli virtuali, saremo in grado di simulare l'esatta fisiologia e patofisiologia degli essere umani, anche di un singolo paziente, cambiando per sempre il modo di ricercare, diagnosticare e curare lesioni e malattie.

Benvenuti nell'era della Bio-intelligence.

La medicina che si ispira all'aviazione

La bio-intelligence porta i processi di modellazione, simulazione e management del ciclo di vita dei prodotti nelle bioscienze

Anche se la creazione di un gemello virtuale sembra ancora un sogno lontano, nel campo emergente della bio-intelligence sono già stati compiuti importanti passi avanti per trasformare questo sogno in realtà. La bio-intelligence, chiamata anche "medicina in silico" o "medicina computazionale", utilizza tecnologie informatiche per modellare, simulare, visualizzare e testare processi medici e biologici in ambiente virtuale ("in silico").

La bio-intelligence si pone come obiettivo la creazione di modelli, simulazioni e visualizzazioni accurate di processi medici e biologici in ambiente virtuale ("in silico").

È interessante che l'ispirazione per la bio-intelligence si ritrova in settori di produzione complessi come quello dell'aviazione. Dati i costi e le complessità enormi legati alla produzione di un nuovo aereo, l'industria aerospaziale ha da tempo adottato un approccio multidisciplinare tra le diverse organizzazioni per il design e la fabbricazione dei velivoli.

In questo settore, la prototipazione e i test fisici sono passati alla modellazione e la simulazione virtuale per comprendere appieno e prevedere il comportamento di sistemi complessi. Questo approccio collaborativo e l'uso di tecnologie virtuali ha favorito l'innovazione, riducendo drasticamente i tempi di produzione e gli scarti e ha consentito di identificare i problemi nei processi di produzione, assemblaggio e persino manutenzione e di risolverli in modo economico nel mondo virtuale, molto prima di piantare il primo rivetto.

Demo piattaforma 3DEXPERIENCE

Anche se per un certo tempo le aziende farmaceutiche hanno modellato e analizzato proteine e composti virtuali servendosi di database medici come riferimento, lo sviluppo e la produzione di farmaci restano in larga parte ancorati al mondo reale e la collaborazione tra discipline e organizzazioni è rimasta limitata.

Ogni giorno le aziende farmaceutiche lottano da sole per produrre farmaci reali che vengono testati su veri animali e poi su veri pazienti in sperimentazioni cliniche reali. Il tempo e i costi implicati nel processo sono incredibili. Le aziende farmaceutiche oggi devono calcolare una spesa di 2,9 miliardi di dollari in dieci anni per portare sul mercato ogni nuovo farmaco (vedere lo studio di Tufts Center for the Study of Drug Development).

Se a tutto ciò si aggiunge il formidabile dinamismo e la complessità dei sistemi viventi, diventa chiaro che un approccio collaborativo alla ricerca e lo sviluppo, insieme all'uso di modelli e simulazioni virtuali, potrebbe portare enormi vantaggi ai settori delle bioscienze.

La collaborazione tra discipline scientifiche e attori quali aziende farmaceutiche, laboratori di ricerca, fornitori di servizi sanitari e aziende informatiche permetterebbe la condivisione di conoscenze ed esperienza, fondamentale per promuovere ricerca e innovazione.
Inoltre, l'uso collaborativo di modelli e simulazioni digitali consentirebbe ai ricercatori di comprendere meglio sistemi complessi e prevedere con maggiore esattezza gli effetti biologici di medicinali e trattamenti, permettendo alle aziende farmaceutiche di perfezionare test realistici ed eliminare i trattamenti inefficaci dalle sperimentazioni ancora prima che il farmaco venga prodotto.
In breve, questi cambiamenti potrebbero generare lo stesso tipo di innovazione e miglioramento dell'efficienza, l'efficacia e la sicurezza di cui hanno beneficiato altri settori. Approcci di questo tipo potrebbero inoltre promuovere lo sviluppo di una medicina realmente "su misura" aggiungendo a modelli e simulazioni frutto di un processo collaborativo i dati reali dei singoli pazienti.

Ci vogliono in media 10 anni e 2,9 miliardi di dollari per portare un nuovo farmaco sul mercato.

Tufts Center for the Study of Drug Development

Presto testeremo farmaci virtuali su pazienti virtuali in sperimentazioni cliniche virtuali?

Le basi sono state gettate

Il processo che porta alla creazione di un corpo umano virtuale, partendo dalle molecole attraverso cellule, organi e sistemi di organi, richiede tempo e l'uso di modelli e simulazioni di entità chimiche, biologiche e materiali discrete così come di complessi sistemi biologici. Ma siamo già a buon punto.

Per promuovere i progressi tecnologici e le competenze in materia di bio-intelligence nel campo delle bioscienze, il BioIntelligence Consortium, un'iniziativa di collaborazione pubblico-privato nata nel 2009, si propone di portare la modellazione e la simulazione digitale e i sistemi di management del ciclo di vita dei prodotti (PLM) da tempo implementati nei settori industriali anche nel settore farmaceutico e dei dispositivi medici. Guidato da Dassault Systèmes, il consorzio comprende partner industriali (Bayer CropScience, Ipsen, Pierre Fabre, Sanofi e Servier), PMI specializzate nelle bioscienze (Sobios e Aureus Pharma) e istituti di ricerca pubblici (Génopole, INRIA, INSERM).

I risultati di questa collaborazione sono evidenti nella soluzione Designed to Cure che Dassault Systèmes ha sviluppato con applicazioni BIOVIA BioPLM. La soluzione è stata concepita per risolvere le problematiche e migliorare l'efficienza e l'efficacia del processo di scoperta e sviluppo di nuovi farmaci. Attraverso la collaborazione scientifica globale, la federazione dei contenuti scientifici e la ricerca semantica e grazie alle simulazioni predittive e alla modellazione virtuale, i ricercatori farmaceutici e il relativo ecosistema globale utilizzano oggi la soluzione per creare nuovi farmaci in modo rapido e più efficiente e migliorare la percentuale di successo nello sviluppo di nuove e più efficaci soluzioni terapeutiche mirate.

Video su BioIntelligence Experience Day

Benvenuto e introduzione
Patrick Johnson
Vice presidente ricerca aziendale, Ricerca e sviluppo, Dassault Systèmes

Un'ambiziosa iniziativa di ricerca e sviluppo con G5 Santé
Bertrand Parmentier
CEO, Pierre Fabre Group

Piattaforma 3DEXPERIENCE e BIOVIA
Max Carnecchia
CEO di BIOVIA, Dassault Systèmes

Dimostrazione di BioPLM
Nicolas Froloff
Direttore Ricerca e sviluppo per le bioscienze di BIOVIA BioPLM, 3DS

Il punto di vista di uno scienziato
Martin Karplus
Vincitore del premio Nobel

Il punto di vista europeo
Philippe De Backer
Parlamento europeo

Piattaforma 3DEXPERIENCE: cambia il modo di innovare!
Bernard Charlès, CEO, Dassault Systèmes

Il meglio della
Bio-intelligence

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La collaborazione come soluzione alle problematiche dell'industria farmaceutica

"La potenza del digitale può contribuire a trasformare alla base le pratiche attuali del settore." Scopri di più sul BioIntelligence Consortium leggendo l'intervista a Christophe Thurieau, Vice presidente senior Affari scientifici di Ipsen e Presidente di Ipsen Innovation. Leggi l'articolo

Ricerca e sviluppo mediante digitalizzazione e collaborazione

Ricerca e sviluppo mediante digitalizzazione e collaborazione: una nuova visione per l'industria farmaceutica

Innovazione aziendale, 31/08/2015

"La natura dell'industria farmaceutica, divisa in compartimenti isolati, e l'assoluta complessità delle attività di ricerca e sviluppo, la rendono un mercato ricco di opportunità per le aziende che operano nel campo del PLM (Product Lifecycle Management)." Leggi l'articolo

Contrastare la valanga di dati delle bioscienze

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R & D Magazine, 10/08/2015

"Nel settore scientifico, quello dei Big Data è un problema sempre più preoccupante, con set di dati le cui dimensioni e complessità non possono essere gestite con applicazioni di elaborazione dati tradizionali. Il problema è particolarmente grave nel settore delle bioscienze, dove la crescita delle dimensioni dei dati non è andata di pari passo con l'evoluzione di strumenti capaci di analizzarli e interpretarli, producendo quella che viene definita una "valanga di dati." Leggi l'articolo

Gartner logo

Gartner: "Biovia di Dassault Systèmes è destinata a controllare il mercato PLM delle bioscienze"

"In questo momento, Dassault Systèmes offre presumibilmente il più ampio portafoglio di funzionalità per le bioscienze per soddisfare le esigenze di ricerca e sviluppo e commercializzazione dei prodotti sia dell'industria dei dispositivi medici che di quella farmaceutica… Biovia avrà probabilmente un forte impatto nel settore ricerca e sviluppo di aziende farmaceutiche e biotecnologiche e di istituti universitari di ricerca. Successivamente, Biovia e i suoi clienti produrranno modelli virtuali per medicinali, farmaci e terapie destinati ad animali ed esseri umani." Leggi il report