Moderna Therapeutics fornisce farmaci a base mRNA più velocemente, a costi inferiori utilizzando AWS

Moderna Therapeutics è stata fondata nel 2010 con l'obiettivo di mantenere la promessa della scienza dell'RNA messaggero (mRNA) di creare nuovi farmaci per le esigenze non soddisfatte dei pazienti. Le aree di interesse dell'azienda includono malattie infettive, cancro/immuno-oncologia, malattie cardiometaboliche e malattie rare del fegato e dei polmoni. Compresi sia i programmi interni che quelli associati, ci sono 16 farmaci mRNA nella pipeline di sviluppo di Moderna: nove vaccini profilattici, due vaccini terapeutici e cinque farmaci terapeutici. Sette di questi farmaci, incluso un immuno-oncologico terapeutico, sono già in studio clinico o umano.

L'immissione di nuovi farmaci sul mercato può richiedere un decennio e costare oltre 1 miliardo di dollari. Questo è vero sia per lo sviluppo farmaceutico tradizionale a piccole molecole che per i prodotti biologici (come le proteine ricombinanti e gli anticorpi monoclonali) sviluppati dalle società di biotecnologia. Le ragioni di tempi così lunghi e costi elevati includono lunghi tempi dei cicli sperimentali e la necessità di progettare strutture personalizzate per i singoli farmaci in fase di studio o produzione. Un altro ostacolo è l'obbligo di rispettare le complesse normative Good Laboratory Practices (GLP), Good Manufacturing Processes (GMP) e U.S. Food and Drug Administration (FDA) 21 CFR Part 11, note collettivamente come GxP. Sia le biotecnologie che le aziende farmaceutiche tradizionali devono affrontare ulteriori sfide, come i dati in silos che ostacolano la collaborazione e lo sviluppo di informazioni chiave, nonché la rigidità dei data center on-premise per supportare il flusso di lavoro scientifico e il calcolo ad alte prestazioni.

I fondatori di Moderna hanno riconosciuto che l'uso dell'mRNA come meccanismo di somministrazione di farmaci avrebbe aperto le porte a un approccio non tradizionale allo sviluppo di farmaci che potrebbe superare molti di questi problemi. "I farmaci tradizionali devono essere creati in una fabbrica e quindi introdotti nel corpo dei pazienti", ha dichiarato Dave Johnson, Direttore del settore informatico presso Moderna Therapeutics. "I farmaci a RNA messaggero dicono ai corpi dei pazienti come produrre il medicinale stesso, una specie di software biologico".

Per aumentare al massimo il potenziale dei farmaci basati su mRNA, Moderna ha bisogno di un'infrastruttura IT che supporti un'elaborazione potente e scalabile, nonché l'automazione e l'integrazione dei dati a livello aziendale.

Con questi obiettivi in mente, Moderna ha iniziato a utilizzare presto Amazon Web Services (AWS) Cloud e AWS è diventato un componente fondamentale che alimenta i processi di ricerca, sviluppo e produzione di farmaci dell'azienda. In AWS Cloud, Moderna ha tutto ciò di cui ha bisogno per realizzare una strategia IT basata su elaborazione ad alte prestazioni, integrazione dei dati, analisi potenti, automazione dei processi di laboratorio e di produzione e conformità a leggi, norme e regolamenti applicabili. "La tecnologia AWS, combinata con il modello di coinvolgimento e relazione di AWS, non ha eguali tra i provider di servizi cloud", ha dichiarato Marcello Damiani, Chief Digital Officer di Moderna. "Date le dimensioni ridotte e gli obiettivi ambiziosi della nostra azienda, AWS è fondamentale per la nostra strategia di digitalizzazione".

Le potenti e flessibili capacità di elaborazione di AWS Cloud aiutano Moderna a raggiungere la velocità, la scalabilità e la riduzione dei costi che sono i cardini centrali del suo modello di business. Gli scienziati di Moderna iniziano a sviluppare farmaci per l'mRNA accedendo a un catalogo online per selezionare le proteine come punti di partenza da cui sviluppare tecnologie. Questo catalogo fa parte del Drug Design Studio di Moderna, o DDS, un'applicazione Web proprietaria sviluppata internamente, ospitata su AWS. DDS utilizza un algoritmo computazionale per identificare sequenze di mRNA ottimali per effetti medici specifici.

Il volume di questi carichi di lavoro può variare, pertanto Moderna utilizza Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) con Auto Scaling per attivare o disattivare le nuove istanze secondo necessità. Utilizzando le istanze Spot di Amazon EC2, Moderna sostiene costi fino al 90% in meno rispetto alle istanze on demand. Con le istanze Spot di Amazon EC2, se il prezzo di offerta da non superare di Moderna viene superato da un altro utente, le istanze vengono arrestate, ma ciò non danneggia i carichi di lavoro computazionali DDS, che possono essere sospesi.

L'applicazione DDS invia i processi di calcolo a un microservizio master del cluster che utilizza Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) per archiviarli e posiziona i dati associati a ogni processo in Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). Successivamente i lavori vengono inseriti in Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS). Le istanze Amazon EC2 estraggono i processi, elaborano il lavoro e utilizzano Amazon SQS per restituire i risultati al master del cluster, che quindi utilizza Amazon SQS e Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) per informare l'applicazione DDS che il lavoro è terminato. Una volta effettuato l'ordine per un costrutto specifico di mRNA, viene inviato all'impianto di produzione preclinico di Moderna per passare alla produzione. Questa struttura, fortemente automatizzata per avere un'elevata produttività, può creare fino a 1.000 di questi costrutti ogni mese. Moderna o i suoi partner valutano quindi i costrutti attraverso studi preclinici o su animali per vedere se possono essere dichiarati candidati allo sviluppo e avanzati allo stadio clinico.

Per produrre terapie e vaccini mRNA di livello clinico da utilizzare negli studi sull'uomo, Moderna sta costruendo una struttura Good Manufacturing Practices (GMP) di quasi 20.000 metri quadrati, che sarà operativa nel 2018. La qualità, la supply chain e i processi GMP di questa struttura sono basati su un ambiente IT GxP che Moderna ha integrato in AWS Cloud e che consente un ecosistema di applicazioni completamente integrato. Alla base di questo ecosistema vi è SAP S/4HANA ERP, che utilizza i servizi AWS per connettersi con strumenti di produzione, robotica e altri sistemi integrali come LabVantage Laboratory Information Management System (LIMS), Emerson Syncade Manufacturing Execution System (MES) e un Soluzione per lo storico dei dati OSIsoft PI.

Moderna utilizza anche Amazon Redshift per un data warehousing semplice ed economico per evitare silos e stabilire un'unica fonte di verità per i dati aziendali. Utilizzando Amazon Redshift come repository centrale, l'azienda può acquisire tutti i suoi dati in una sola volta, con un minimo sforzo manuale, e utilizzare strumenti di analisi dei dati di business intelligence per fornire ai suoi scienziati l'accesso a visualizzazioni informative che li aiutano a trovare correlazioni, sviluppare approfondimenti e creare decisioni. I backup vengono trasferiti su Amazon S3, che è altamente scalabile e offre una durabilità annuale del 99,999999999% annuo, il controllo delle versioni, la replica in più regioni e solide funzionalità di backup e ripristino di emergenza.

Damiani ha dichiarato che i consulenti di Servizi professionali AWS con esperienza nel campo delle scienze biologiche sono stati fondamentali per aiutare Moderna a creare questo ambiente completamente convalidato in AWS Cloud. "I consulenti AWS ci hanno aiutato a definire il nostro approccio alla convalida di questo ambiente e hanno fornito la documentazione essenziale per aiutarci a farlo", ha spiegato. "Con il loro aiuto, abbiamo introdotto in AWS Cloud sistemi convalidati che non sono mai stati inseriti prima nel cloud".

Affidandosi ad AWS Cloud, Moderna può ridurre il tempo necessario per far avanzare i farmaci candidati agli studi clinici, aumentare l'agilità dei suoi processi di ricerca, sviluppo e produzione e ottenere risultati personalizzati, come i vaccini contro il cancro, che anche solo pochi anni fa sarebbero stati impossibili.

Con la sua infrastruttura IT ospitata in AWS Cloud, Moderna ha ottenuto uno sviluppo di farmaci preclinici insolitamente veloce. Ad esempio, dei sette vaccini che Moderna ha attualmente in fase di sperimentazione clinica, uno, quello per il virus Zika, ha impiegato solo un anno per raggiungere quella fase. "Grazie alle capacità di calcolo e integrazione di AWS, combinate con il nostro Drug Design Studio proprietario, i nostri scienziati possono avere un'idea per una proteina unica, ordinarla online quel giorno ed eseguire esperimenti preclinici su di essa in meno di un mese", ha affermato Damiani. "Nella ricerca e sviluppo farmaceutici tradizionali, ci vorrebbero anni per arrivare al punto in cui sei pronto anche per studi preclinici, tanto meno per testare il tuo farmaco sugli esseri umani".

L'utilizzo di un'infrastruttura AWS aiuta Moderna anche a evitare i costi elevati dello sviluppo di farmaci tradizionali. "Raggiungere la potenza di calcolo di cui disponiamo su AWS nel nostro data center ci costerebbe milioni di dollari", ha affermato Johnson, il quale ha sottolineato che l'infrastruttura AWS dell'azienda è gestita da un solo membro del personale. "Le istanze Spot di Amazon EC2 forniscono l'accesso a un'enorme potenza di calcolo a un costo molto ragionevole".

I servizi AWS stanno inoltre rendendo più facile per Moderna raggiungere i propri obiettivi di integrazione, protezione e qualità dei dati. "Le aziende farmaceutiche tradizionali hanno enormi organizzazioni IT che lottano per mantenere la capacità e le soluzioni di backup e ripristino di emergenza per le tecnologie legacy", ha affermato Damiani. "In AWS Cloud, non dobbiamo mai preoccuparci della capacità e backup e ripristino non potrebbero essere più semplici".

AWS ha aiutato Moderna anche a convalidare la sua conformità GxP molto più facilmente di quanto sarebbe stato possibile in un data center on-premise. "Il processo di convalida è stato notevolmente aiutato non solo dai controlli di sicurezza e dalle capacità di isolamento di AWS, ma anche dall'assistenza dei consulenti AWS", ha affermato Johnson. "È incredibilmente prezioso poter lavorare con il personale AWS che non solo conosce la tecnologia, ma ha anche una forte esperienza normativa e comprende davvero il nostro settore".

Damiani ha affermato che AWS Cloud è la chiave per la flessibilità e l'agilità che ha aiutato Moderna a realizzare così tanto in così poco tempo. "AWS è un'ottima piattaforma per l'innovazione, perché è così semplice provare cose nuove e vedere come funzionano", ha dichiarato Damiani. "L'uso di AWS è stato uno strumento importante per aiutarci a crescere rapidamente fino a diventare un'azienda di biotecnologia con 550 dipendenti e 16 farmaci in cantiere. E presto avremo la capacità di produrre farmaci mRNA personalizzati per la firma genetica individuale dei pazienti. Questo mostra davvero la potenza di AWS Cloud e i modi versatili in cui lo stiamo utilizzando come parte della nostra strategia di digitalizzazione e per far progredire la nostra attività".