Beräkningsmedicin

Kan din virtuella tvilling rädda livet på dig i framtiden?

Från fysiska till virtuella modeller av levande system med beräkningsmedicin

I Slovakien har en ung man lämnat rullstolen och kan kommunicera igen 9 år efter han förlorade en tredjedel av sin skalle i ett fall. Genombrottet kom när biomedicintekniker använde en 3D-utskriven modell av hans skalle till att konstruera och producera ett implantat med perfekt passform som lättade på trycket på hans hjärna. I Texas är ett par siamesiska tvillingar på väg mot att leva friska, självständiga liv efter att kirurger noggrant planerat den 30 timmar långa operationen utifrån en exakt 3D-modell av flickornas bröstkorgar och delade organ. Och i London äter, skrattar och växer en tvåårig flicka sig stark efter att läkarna med hjälp av en 3D-utskriven modell och ett 3D-utskrivet implantat lagat ett hål i hennes hjärta som först verkade för stort att laga.

Medicinteam världen över använder 3D-modellering till att producera exakta återgivningar av patienternas anatomi. Det gör att teamen kan planera och gå igenom varje steg av komplicerade operationer i förväg och skapa livsavgörande implantat och proteser som är skräddarsydda för enskilda patienter. Det är en otrolig utveckling som redan har en enorm effekt på allvarligt sjuka och skadade människors liv.

Men det är bara toppen på isberget. Den verkliga revolutionen inom medicin och sjukvård på 2000-talet kommer dock inte från sådana fysiska modeller utan från virtuella. En dag kommer dessa virtuella modeller att kunna ge en korrekt simulering av människans fysiologi och patofysiologi – till och med enskilda patienters – och för alltid förändra hur vi forskar på, diagnostiserar och behandlar skador och sjukdomar.

Välkommen till beräkningsmedicinens era.

Medicinen tar intryck från flyget

Med beräkningsmedicinen införs processer för modellering, simulering och produktlivscykelhantering i biovetenskapen

Även om tanken på en virtuell tvilling kan te sig som en avlägsen dröm görs det redan stora framsteg när det gäller att göra verklighet av den inom den framväxande beräkningsmedicinen. I beräkningsmedicinen används datorteknik till att modellera, simulera, visualisera och uppleva biomedicinska processer i en virtuell miljö.

Beräkningsmedicinens mål är att skapa korrekta modeller, simuleringar och visualiseringar av biologiska och medicinska processer i en virtuell miljö

Inspirationen till beräkningsmedicinen kan oväntat nog komma från komplexa tillverkningsbranscher som flygindustrin. Det enormt kostsamma och komplexa arbetet med att tillverka ett nytt flygplan har gjort att flygindustrin redan för länge sedan antog ett tvärdisciplinärt och organisationsöverskridande arbetssätt i konstruktionen och tillverkningen av flygplan.

Flygindustrin har också vidareutvecklat fysiskt prototypskapande och fysiska tester genom att införliva virtuell modellering och simulering för att helt kunna förstå och förutsäga komplexa systembeteenden. Det här samarbetsbaserade arbetssättet och användningen av virtuell teknik har lett till ökad innovation, betydligt kortare produktionstider och minskad materialåtgång. Det har också gjort det möjligt att upptäcka och åtgärda problem i tillverkning, sammanställning och till och med underhåll på ett kostnadseffektivt sätt i den virtuella miljön, långt innan den första niten slagits i.

Demonstration av 3DEXPERIENCE-plattformen

Läkemedelsproducenter har sedan en tid modellerat och jämfört virtuella proteiner och sammansättningar mot medicinska databaser, men läkemedelsutvecklingen och -produktionen är fortfarande fast förankrad i verkligheten och samarbetet mellan olika vetenskapsområden och organisationer har varit begränsat.

Läkemedelsproducenterna arbetar i sin ensamhet med att producera fysiska läkemedel som de först testar på djur och sedan på riktiga patienter i kliniska tester. Och den tid och de pengar de lägger på arbetet är hisnande. Idag måste en läkemedelsproducent räkna med att lägga 2,9 miljarder dollar och tio års arbete på att få ut ett enda nytt läkemedel på marknaden (se undersökningen av Tufts Center for the Study of Drug Development).

Lägg till det den enorma dynamiken och komplexiteten i levande system så blir det tydligt att ett samarbetsinriktat arbetssätt inom forskning och utveckling, samt användning av virtuell modellering och simulering, skulle kunna ge biovetenskapsbranschen enorma fördelar.

Samarbete mellan olika vetenskapliga discipliner och aktörer som läkemedelsföretag, forskningslabb, hälsovårdsleverantörer och datorföretag skulle göra det möjligt att dela viktig kunskap och erfarenheter som leder till insikter och innovation.
Dessutom skulle samarbetsbaserad användning av datormodeller och simulering göra att forskare bättre kan förstå komplexa system och mer korrekt förutse olika mediciners och behandlingars biologiska effekter. Det gör i sin tur att läkemedelstillverkare kan finjustera verklighetsbaserade analyser och undvika att ineffektiva behandlingar testas innan läkemedlen ens börjat tillverkas.
Kort sagt kan dessa förändringar ge samma nivå av innovation och vinster i effektivitet, verkan och säkerhet som inom andra branscher. Sådana metoder kan också öppna upp för verkligt personanpassad medicin med modeller som skapats genom samarbete och simuleringar och fylls med verklighetsbaserade data från individuella patienter.

Det krävs i genomsnitt 10 år och 2,9 miljarder dollar att få ut en ny medicin på marknaden

Tufts Center for the Study of Drug Development

Kommer vi snart att testa virtuella läkemedel på virtuella patienter på virtuella kliniker?

Grunden läggs nu

Det kommer att ta tid att ta sig fram längs den virtuella vägen från molekyler till celler, organ, organsystem och hela människokroppen, och det kommer att krävas modellering och simulering av separata kemiska, biologiska och materiella enheter samt av komplexa biologiska system. Men arbetet är långt framskridet.

BioIntelligence Consortium med inriktning på samarbete mellan offentligt och privat har som mål att införa teknik och expertis från beräkningsmedicinen inom biovetenskapen. De har sedan 2009 arbetat med att ge tillverkare av läkemedel och medicinsk utrustning tillgång till system för samarbete, digital modellering och simulering och PLM (produktlivscykelhantering) som länge har använts inom industriella branscher. BioIntelligence Consortium leds av Dassault Systèmes och här ingår branschpartner (Bayer CropScience, Ipsen, Pierre Fabre, Sanofi och Servier), bioSMB-specialister (Sobios och Aureus Pharma) och offentliga forskningsinstitut (Génopole, INRIA, INSERM).

Resultaten av samarbetet kan ses i lösningen Designed to Cure som Dassault Systèmes har utvecklat med BIOVIA BioPLM-program. Lösningen är utformad för att möta utmaningarna och förbättra effektiviteten och ändamålsenligheten i framtagning och utveckling av läkemedel. Genom globala vetenskapliga samarbeten, sammanställningar av vetenskapliga data och semantisk sökning samt virtuell modellering och prediktiva simuleringar kan läkemedelsforskare och deras globala nätverk med hjälp av den här lösningen snabbt och mer effektivt ta fram nya läkemedel och förbättra resultaten för nya och bättre riktade behandlingslösningar.

Inspelningar från BioIntelligence Experience Day

Välkomnande och introduktion
Patrick Johnson
Corporate Research vice vd FoU Dassault Systèmes

Ett ambitiöst FoU-initiativ med G5 Santé
Bertrand Parmentier
Vd, Pierre Fabre Group

3DEXPERIENCE-plattformen och BIOVIA
Max Carnecchia
Vd på BIOVIA, Dassault Systèmes

Demonstration av BioPLM
Nicolas Froloff
Chef för BIOVIA BioPLM, FoU inom biovetenskap, 3DS

En forskares perspektiv
Martin Karplus
Nobelprisvinnare

Ett europeiskt perspektiv
Philippe De Backer
Europaparlamentet

3DEXPERIENCE-plattformen: Nya perspektiv på innovation!
Bernard Charlès, vd för Dassault Systèmes.

Höjdpunkter –
beräkningsmedicin

Läs mer innehåll

Bemästra beräkningsmedicin

Bemästra beräkningsmedicin

Samarbeta för hantering av utmaningarna inom läkemedelsindustrin

”Med den digitala världens verktyg kan branschens nuvarande metoder helt förändras.” Lär dig mer om BioIntelligence Consortium i intervjun med Christophe Thurieau, Ipsens vice vd för Scientific Affairs och vd på Ipsen Innovation. Läs artikeln

FoU med hjälp av digitalisering och samarbete

FoU genom digitalisering och samarbete: Ett nytt perspektiv inom läkemedelsbranschen

Enterprise Innovation, 2015-08-31

”Läkemedelsbranschens isolerade natur, och den absoluta komplexiteten av aktiviteter inom forskning och utveckling (FoU), gör det till en lovande marknad för PLM-företag (hantering av produktlivscykel).” Läs artikeln

Hantera den lavinartade ökningen av biovetenskapliga data

Hantera den lavinartade ökningen av biovetenskapliga data

R & D Magazine, 2015-08-10

”Stordata har kommit att bli ett växande problem inom vetenskapen eftersom dessa datauppsättningar är så stora och komplexa att traditionella program för databearbetning inte räcker till. Det här gäller speciellt för biovetenskapsbranschen där nya verktyg för analys och tolkning inte har kommit i samma takt som datamängden ökat, vilket lett till vad många kallar en datalavin.” Läs artikeln

Gartner-logotyp

Gartner: ”Dassault Systèmes Biovia kommer att lägga marknaden för PLM för biovetenskap under sig”

”Idag har Dassault Systèmes sannolikt den mest omfattande portföljen med biovetenskapsverktyg för FoU och kommersialisering av produkter för både tillverkare av medicinsk utrustning och läkemedelstillverkare …Biovia bör få stor påverkan inom forskning och utveckling på läkemedelsföretag, bioteknikföretag och akademiska forskningsinstitutioner. En dag kommer Biovia och dess användare att skapa virtuella modeller som omfattar patientspecifika mediciner, behandlingar och terapier för djur och människor.” Läs rapporten