Биоаналитика

Сможет ли ваш виртуальный близнец спасти вам жизнь?

От физических копий до виртуальных моделей существующих систем — с помощью биоаналитики

Молодой человек из Словакии встал с инвалидного кресла и успешно общается спустя 9 лет после того, как при падении лишился трети черепа. Такой прорыв стал возможен благодаря новейшим биомедицинским технологиям. Инженеры-биомеханики распечатали модель черепа на 3D-принтере и создали идеальный имплант, не оказывающий давления на мозг. Сросшиеся близнецы из Техаса получили шанс на полноценную и здоровую жизнь. В ходе тщательно спланированной 30-часовой операции хирурги использовали точную 3D-модель грудной полости каждой из девочек и их общих органов. А двухлетняя девочка из Лондона сама ест, смеется и не отстает в развитии от своих сверстников — благодаря тому, что врачи избавили ее от порока сердца. Распечатанная на 3D-принтере модель позволила закрыть отверстие в сердце, которое было слишком большим и неподходящим для традиционных методов восстановления.

Медицинские специалисты по всему миру создают точные копии органов пациентов с помощью 3D-моделирования. Это дает им возможность планировать и проводить сложные хирургические операции, а также создавать жизненно важные импланты и протезы, соответствующие индивидуальным особенностям пациентов. Такое развитие технологий оказывает огромное влияние на жизни серьезно больных и травмированных людей.

Однако это только верхушка айсберга. Настоящая революция 21 века в медицине и уходе за пациентами будет обусловлена не физическими, а виртуальными моделями. Однажды эти модели позволят точно моделировать физиологические и патофизиологические процессы, протекающие в человеческом организме каждого отдельного пациента, и врачи смогут разработать совершенно новые методы исследования, диагностики и лечения заболеваний и травм.

Добро пожаловать в эпоху биоаналитики.

Медицина черпает идеи в небесах

Биоаналитика позволяет внедрить в естественные науки технологии моделирования и управления жизненным циклом продукции

Виртуальные близнецы пока еще остаются мечтой, но в развивающейся области биоаналитики уже ведется серьезная работа по воплощению этой мечты в жизнь. Биоаналитика (известная также как "компьютерная" или "вычислительная" медицина) использует компьютерные технологии для моделирования, визуализации и тестирования биолого-медицинских процессов в виртуальной среде ("in silico").

Цель биоаналитики — построение точных моделей и визуализация биологических и медицинских процессов в виртуальной среде ("in silico").

Идеи для развития биоаналитики можно почерпнуть из комплексных промышленных отраслей, например из авиастроения. Принимая во внимание огромную стоимость и сложность производства новых самолетов, предприятия авиакосмической отрасли давно взяли на вооружение коллективный межотраслевой подход к проектированию и производству воздушных судов.

Кроме того, они научились создавать физические прототипы и испытывать их с использованием виртуального моделирования, позволяющего получить полное представление о комплексных системах и прогнозировать их поведение. Такой коллективный подход наряду с применением виртуальных технологий послужил основной для инноваций, позволивших значительно сократить сроки производства и количество материальных издержек. Кроме того, виртуальное моделирование дает возможность быстро и эффективно устранять проблемы, которые могут возникнуть в процессе производства, сборки или даже технического обслуживания, задолго до перехода к фактической сборке деталей.

Демонстрация платформы 3DEXPERIENCE

Несмотря на то, что производители лекарств уже какое-то время моделируют виртуальные белки и соединения и анализируют их с помощью медицинских баз данных, большинство процессов разработки и производства лекарственных средств по-прежнему выполняется в физической среде, и возможности взаимодействия между отраслями и организациями ограничены.

Производители лекарств ежедневно прилагают огромные усилия для создания препаратов, которые тестируются на животных, а затем и на пациентах в рамках традиционных клинических испытаний. Все это требует огромных финансовых и временных затрат. На выпуск одного-единственного нового лекарства современные фармацевтические компании тратят примерно $2,9 млрд и десять лет (см. исследование Центра разработки лекарственных средств при Университете Тафтса).

Если добавить к этому невероятную вариативность и сложность живых организмов, станет очевидно, что коллективный подход к исследованиям и разработке наряду с применением виртуального моделирования обеспечит огромные преимущества для естественнонаучных отраслей.

Взаимодействие между научными отраслями и участниками проектов, включая фармацевтические компании, исследовательские лаборатории, медицинские организации и компьютерные фирмы, способствует обмену знаниями и опытом и развитию аналитики и инноваций.
Что касается совместного использования компьютерных моделей и моделирования, то это улучшит понимание сложных систем и поможет ученым точнее прогнозировать биологические эффекты различных лекарств и методов лечения. Производители лекарств, в свою очередь, смогут проводить более точные испытания в реальных условиях и исключать из испытаний неэффективные препараты еще до начала производства.
В целом эти изменения будут способствовать развитию инноваций и повышению экономичности, эффективности и безопасности производства. Методы заполнения совместно разработанных моделей и проектов фактическими данными конкретных пациентов откроют широкие возможности для персонализации медицинских услуг.

Для выпуска одного-единственного нового лекарственного препарата требуется примерно 10 лет и $2,9 млрд.

Центр разработки лекарственных средств при Университете Тафтса

Как скоро мы будем тестировать виртуальные лекарства на виртуальных пациентах в рамках виртуальных клинических испытаний?

Основы закладываются сейчас

Поэтапное моделирование организма человека — от молекул до клеток, органов, систем и всего тела — займет какое-то время. Такой подход включает в себя моделирование отдельных химических, биологических и материальных объектов, а также сложных биологических систем. Но работа в этом направлении уже ведется.

Для совершенствования технологий биоаналитики и обмена опытом в области естественнонаучных исследований в 2009 году создано общественно-коммерческое объединение BioIntelligence Consortium. Целью этого объединения является внедрение технологий коллективной работы, цифрового моделирования и давно используемых в промышленности систем управления жизненным циклом продукции (PLM) на предприятиях по производству лекарств и медицинского оборудования. В рамках консорциума под руководством Dassault Systèmes сотрудничают промышленные партнеры (Bayer CropScience, Ipsen, Pierre Fabre, Sanofi и Servier), предприятия малого и среднего бизнеса, специализирующиеся на биотехнологиях (Sobios и Aureus Pharma), а также некоммерческие научно-исследовательские институты (Génopole, INRIA, INSERM).

Результатом совместной работы стало решение Designed to Cure, разработанное компанией Dassault Systèmes с использованием приложений BIOVIA BioPLM. Оно предназначено для решения сложных задач и повышения эффективности и экономичности разработки и производства лекарственных средств. Глобальное научное сотрудничество, интеграция научных данных и семантический поиск, а также виртуальное и прогностическое моделирование позволяют исследователям в области фармацевтики быстро и без лишних затрат создавать новые лекарственные средства и улучшать показатели эффективности новых специализированных медицинских препаратов.

Повседневное моделирование с помощью биоаналитики

Приветствие и вступление
Патрик Джонсон (Patrick Johnson)
Вице-президент отдела корпоративных исследований и разработки Dassault Systèmes

Амбициозный проект исследований и разработки с G5 Santé
Бертран Пармантье (Bertrand Parmentier)
Генеральный директор Pierre Fabre Group

Платформа 3DEXPERIENCE и BIOVIA
Макс Карнеккия (Max Carnecchia)
Генеральный директор BIOVIA, Dassault Systèmes

Демонстрация BioPLM
Николас Фролофф (Nicolas Froloff)
Директор отдела естественных наук, исследований и разработки BIOVIA BioPLM, 3DS

Научные перспективы
Мартин Карплус (Martin Karplus)
Лауреат Нобелевской премии

Перспективы в Европе
Филипп де Бейкер (Philippe De Backer)
Европейский Парламент

Платформа 3DEXPERIENCE: переосмысление инноваций
Бернар Шарлес (Bernard Charlès), Президент и Генеральный директор Dassault Systèmes

Биоаналитика —
лучшее

Дополнительные материалы

Освоение биоаналитики

Освоение биоаналитики

Сотрудничество для решения задач фармацевтической промышленности

"Эффективные цифровые технологии помогут радикально преобразовать существующие отраслевые практики". Подробнее об объединении BioIntelligence Consortium в интервью с Кристофом Тюрье (Christophe Thurieau), старшим вице-президентом отдела научных исследований и президентом отдела инноваций Ipsen. Читать статью

Оцифровка и совместная работа как новые инструменты исследования и разработки

Оцифровка и совместная работа как новые инструменты исследования и разработки: новая концепция для фармацевтической промышленности

Портал Enterprise Innovation, 31.08.15

"Фармацевтическая отрасль традиционно работает с разрозненными данными. Добавьте к этому бесспорную сложность исследований и разработки, и получится перспективный рынок для компаний, производящих решения для управления жизненным циклом продукции (PLM)". Читать статью

Как справиться с лавиной научных данных

Как справиться с лавиной научных данных

Журнал R & D, 08.10.15

"Перед современной наукой остро стоит вопрос больших данных, так как традиционные приложения уже не справляются с обработкой огромных и сложных наборов данных. Эта проблема особенно сильно ощущается в естественно-научных отраслях, где растущие объемы данных не всегда подвергаются анализу и интерпретации с помощью специальных инструментов, что приводит к образованию "лавин данных". Читать статью

Логотип Gartner

Gartner: "Решение Biovia от Dassault Systèmes захватывает рынок PLM-систем для сферы естественных наук"

"На сегодняшний день корпорация Dassault Systèmes предлагает, пожалуй, самый обширный комплекс возможностей для развития естественных наук, которые используются ведущими производителями медицинского оборудования и фармацевтических препаратов для проведения исследований, разработки и коммерциализации продуктов…Biovia окажет значительное влияние на технологии исследования и разработки, применяемые в фармацевтических компаниях, центрах биотехнологий и научно-исследовательских институтах. В конечном итоге благодаря Biovia клиенты смогут создавать виртуальные модели, позволяющие индивидуально разрабатывать лекарственные средства и методы лечения для людей и животных". Читать отчет