ユーザー事例

辉瑞公司使用基于模型的药物开发来帮助降低II期消耗率

挑战

减少临床药物试验的II期消耗

解决方案

对生物系统进行建模和模拟,以指导生物途径、目标、给药方案和患者群体的选择

后果

  • 深入了解药物与机体的相互作用
  • 避免了昂贵的实验室资源支出和临床试验
  • 研究生产力提高

“辉瑞正在将建模、模拟和统计分析整合到药物发现和开发中。这种方法通过指导最佳生物途径、靶标、分子、给药方案和患者群体的选择,有助于减少II期磨耗。”

Piet van der Graaf博士,辉瑞
例子路径模型(上)和药物反应模拟(下)。

当一种新药进入第二阶段临床试验时,这家制药公司已经投入了数百万美元和多年的研发。如果后期试验显示药物不够有效或产生不可接受的副作用,那么大部分投资就会被浪费掉。这第二阶段自然减员这给制药公司带来了严峻的挑战,不仅是因为财务原因,还因为它榨干了用于成功新疗法的开发资源。

辉瑞公司的研究人员使用MATLAB等计算工具®和SimBiology®支持基金宝app于模型的药物开发,帮助减少II期消耗。辉瑞药代动力学、动力学和代谢(PDM)系副研究员尼尔·本森博士说:“一个不断增长的已发表生物学研究数据库提供了构成人体的极其复杂系统的快照。”。“SimBiology使我们能够根据现有的研究数据构建复杂的生物系统模型。通过模拟这些系统,我们可以更好地了解它们的动力学和动力学,然后利用这种理解将我们的研究重点放在最有希望的生物目标上。”

挑战

辉瑞致力于基于模型的药物开发。辉瑞药厂药理学和临床药理学高级主管Piet van der Graaf博士说:“从早期发现中选择生物靶点开始,就需要从根本上解决第二阶段的损耗问题。”。“我们希望在药物研究的早期阶段应用建模和模拟,并弥合系统生物学和药代动力学(PK/PD)建模方法之间的差距。”

一些建模软件包的基于文本的接口使得构建和共享日益复杂的模型变得困难。“我们不得不手写所有的方程式。随着我们的模型越来越大,有更多的方程需要输入,构建它们并确保单元的一致性变得非常费力,”本森说。“此外,当我们需要与其他研究人员交流我们的工作时,他们不容易理解这一长串方程,特别是如果他们不是专业的建模人员。”

项目通常需要大量的临床前实验室投资,以建立对一种方法的信心,并随后进行临床试验来验证假设。为了避免在不可能成功的项目或方法上花费数百万美元和多年的研究努力,辉瑞希望能够尽早发现并终止它们。

解决方案

辉瑞公司已经开始开发一种集成的系统药物学研究人员在发现的最初阶段和整个开发过程中使用MATLAB和SimBiology等工具对生物系统进行建模、模拟和分析的方法。

研究人员构建系统药理学模型来回答关于给定途径的问题,例如哪些受体可能是最佳靶点,以及达到所需抑制需要什么浓度的药物化合物。

有时,该小组将初始模型建立在已发布的系统生物学标记语言(SBML)模型的基础上,该模型直接导入SimBiology和其他软件工具。

接下来,他们进行敏感性分析,以确定模型中最重要的目标并对其进行排序,使用模拟事件对特定药物进入系统的情况进行建模。

他们通过检查诊断图来可视化结果,包括有或没有药物存在的时间进程图。

使用可视化界面,他们与药物项目团队共享模型、绘图和其他模拟结果,项目团队提供参数估计或其他输入以进一步完善模型。

在一个项目中,该团队探索了使用小干扰RNA(siRNA)的有效性为了抑制NF-kB途径中的IKK酶。在构建和模拟了一个包含26个物种和64个参数的模型后,他们发现siRNA提供的抑制水平不足以达到所需的结果。随后的实验结果与这一结论一致。

辉瑞目前正在组装一个系统药理学模型组件库,可用于不同的项目,以进一步加速使用PK和系统生物学模型进行分析。

后果

  • 深入了解药物与机体的相互作用. “我不是数学家,但我用SimBiology构建了多达400个常微分方程的模型,”本森说。“SimBiology让我创建了比以往任何时候都更复杂的模型,并通过对它们的动力学和动力学的分析,对它们的工作原理提供了更深入的了解。”

  • 避免了昂贵的实验室资源支出和临床试验.Benson指出:“在多个项目中,包括专注于siRNA和NF-kB途径的项目,来自系统药理学的结果已经证明了一种特定的药物不会起作用,最终生成的数据与此一致。”“在siRNA项目中,可以在使用任何实验室资源之前进行建模。”

  • 研究生产力提高.Benson指出:“在药物发现过程中,可以进行很多实验。”“我们使用系统药理学的结果来集中这些努力,并提出最佳实验。我们可以缩小实验范围,专注于最有希望的生物目标。”

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