Con AWS, Moderna Therapeutics entrega fármacos de ARNm con mayor rapidez y a un menor costo

Moderna Therapeutics se fundó en 2010 con el objetivo de cumplir la promesa de la de ciencia ARN mensajero (ARNm) de crear nuevos medicamentos y, así, satisfacer las necesidades de los pacientes. La empresa se centra en áreas que atienden el cáncer o la inmunooncología, así como las enfermedades infecciosas, cardiometabólicas y hepáticas o pulmonares poco conocidas. Si se incluyen todos los programas internos y asociados, hay 16 fármacos ARNm en la canalización del desarrollo de Moderna: nueve vacunas profilácticas, dos vacunas terapéuticas y cinco terapéuticas. Siete de estos fármacos, entre ellos una terapia inmunooncológica, se encuentran en la etapa de estudio clínico o humano.

Introducir nuevos fármacos en el mercado puede llevar hasta una década, y los costos pueden superar los mil millones de dólares. Esto se aplica tanto al desarrollo farmacéutico tradicional de pequeñas moléculas como a los productos biológicos (tales como las proteínas recombinantes y los anticuerpos monoclonales) que se desarrollan en empresas de biotecnología. Entre las razones por las cuales los plazos son tan extensos y los costos tan altos se encuentran la larga duración de los ciclos experimentales y la necesidad de diseñar instalaciones personalizadas para cada uno de los fármacos que se estudian o producen. Otro obstáculo es la necesidad de cumplir las Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL), las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y las normas 21 CFR parte 11 de la Administración de Medicamentos y Alimentos (FDA) de EE. UU, que se denominan GxP de manera colectiva. Las empresas de biotecnología y las farmacéuticas tradicionales abordan desafíos adicionales, tales como los datos en silos que impiden la colaboración y el desarrollo de información clave, así como la inflexibilidad de los centros de datos en las instalaciones para respaldar el flujo de trabajo científico y la computación de alto rendimiento.

Los fundadores de Moderna reconocieron que el uso del ARNm como mecanismo de entrega de fármacos abriría las puertas para lograr un enfoque de desarrollo de fármacos no tradicional que podría superar muchos de estos desafíos. “Los fármacos tradicionales se deben crear en una fábrica y, luego, introducirse en el cuerpo de los pacientes” dice Dave Johnson, director de informática en Moderna Therapeutics. “Los fármacos del ARN mensajero le indican al cuerpo del paciente cómo producir estos fármacos por sí solos, como si se tratara de un software biológico”.

Con el fin de maximizar el potencial de los fármacos basados en el ARNm, Moderna necesita infraestructura de TI que admita computación potente y escalable, así como automatización e integración de datos a nivel empresarial.

Teniendo en cuenta estos objetivos, Moderna comenzó a utilizar la nube de Amazon Web Services (AWS) pronto. AWS, por lo tanto, constituye un componente fundamental a la hora de impulsar los procesos de investigación, desarrollo y producción de fármacos en la empresa. En la nube de AWS, Moderna tiene todo lo que necesita para lograr tener una estrategia de TI basada en la computación de alto rendimiento, la integración de datos, los análisis importantes, la automatización de procesos de fabricación y de laboratorio y la conformidad de las leyes, reglas y normas correspondientes. “Si se combina la tecnología de AWS con el modelo de relación e interacción de AWS, no hay punto de comparación con otros proveedores de servicios en la nube” dice Marcello Damiani, director digital de Moderna. “Por el pequeño tamaño de la empresa y los objetivos ambiciosos que tiene, AWS juega un rol fundamental en nuestra estrategia de digitalización”.

Las capacidades de computación flexibles y potentes de la nube de AWS ayudan a Moderna a lograr la velocidad, la escalabilidad y la reducción de costos necesarias, que constituyen los principios centrales del modelo de negocio. Los científicos de Moderna comienzan a desarrollar fármacos ARNm mediante el acceso a un catálogo en línea para seleccionar proteínas, que conforman un punto de partida para continuar con su posterior ingeniería. El catálogo forma parte de Drug Design Studio o DDS de Moderna, una aplicación web patentada y desarrollada internamente y alojada en AWS. DDS utiliza un algoritmo computacional para identificar secuencias de ARNm que resultan óptimas para obtener efectos médicos específicos.

El volumen de estas cargas de trabajo varían, por lo que Moderna utiliza Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) junto con Auto Scaling para aumentar o disminuir las instancias en la medida que sea necesario. Con las instancias de spot de Amazon EC2, Moderna genera costos hasta un 90 % menores que con las instancias bajo demanda. Con las instancias de spot de Amazon EC2, si otro usuario supera el precio de oferta máximo de Moderna, las instancias se apagan. Sin embargo, esto no perjudica las cargas de trabajo computacionales de DDS, ya que se pueden pausar.

La aplicación de DDS envía trabajos de computación a un microservicio maestro de clúster que utiliza Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) para almacenarlos y colocar los datos asociados de cada trabajo en Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). A continuación, los trabajos se envían a Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS). Las instancias de Amazon EC2 extraen los trabajos, los procesan y utilizan Amazon SQS para enviar de nuevo los resultados al maestro de clúster. Este, posteriormente, utiliza Amazon SQS y Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) para informarle a la aplicación de DDS que se completó el trabajo. Una vez realizado el pedido de una construcción de ARNm específica, se envía a la instalación de producción preclínica de Moderna para su fabricación. Esta instalación, que se automatiza en gran medida para lograr un alto rendimiento, puede crear hasta 1000 construcciones por mes. A continuación, Moderna o sus socios evalúan las construcciones mediante estudios preclínicos o en animales para ver si estas pueden ser candidatas para el desarrollo y avanzar a la fase clínica.

Para producir vacunas y terapéuticas de ARNm de nivel clínico y utilizarlas en estudios en humanos, Moderna está construyendo una instalación de casi 19 000 metros cuadrados que cumple con las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y estará en funcionamiento en 2018. Un entorno de TI GxP que Moderna ha construido en la nube de AWS dirige los procesos de calidad, de cadena de suministros y de GMP de la instalación y, de esta forma, permite tener un ecosistema de aplicaciones totalmente integrado. El pilar de este ecosistema es el ERP SAP S/4HANA, que utiliza los servicios de AWS para conectarse con instrumentos de fabricación, robótica y otros sistemas integrales como el sistema de administración de información de laboratorio (LIMS) LabVantage, el sistema de ejecución de fabricación (MES) Emerson Syncade y una solución del historiador de datos OSIsoft PI.

Moderna también utiliza Amazon Redshift para lograr un almacenamiento de datos sencillo y rentable y, de esa manera, evitar los silos y establecer una única fuente de información para los datos de la empresa. La empresa utiliza Amazon Redshift como repositorio central, lo que le permite capturar todos los datos a la vez con poco esfuerzo manual y, además, utilizar herramientas de ciencia de datos de inteligencia empresarial para que los científicos tengan acceso a visualizaciones informativas que los ayuden a encontrar correlaciones, desarrollar información y tomar decisiones. Las copias de seguridad se envían a Amazon S3, que es muy escalable y ofrece durabilidad anual del 99,999999999 por ciento, control de versiones, replicación entre regiones y capacidades sólidas de copia de seguridad y recuperación de desastres.

Damiani afirma que los consultores de los Servicios profesionales de AWS con experiencia en ciencias biológicas fueron fundamentales a la hora de ayudar a Moderna a crear este entorno validado por completo en la nube de AWS. “Los consultores de AWS nos ayudaron a establecer un enfoque para validar este entorno y nos proporcionaron documentación esencial para llevarlo a cabo”, explica. “Con su ayuda, incorporamos en la nube de AWS sistemas validados que nunca se habían alojado allí”.

Moderna depende de la nube de AWS, lo que le permite comprimir el tiempo necesario para que ciertos candidatos a fármacos avancen hacia los estudios clínicos; aumentar la agilidad de los procesos de investigación, desarrollo y fabricación; y lograr resultados que habrían sido imposibles incluso hace unos años, tales como vacunas personalizadas contra el cáncer.

Gracias a la infraestructura de TI alojada en la nube de AWS, Moderna logró tener un desarrollo de fármacos preclínicos extraordinariamente rápido. Por ejemplo, Moderna posee en la actualidad siete vacunas en fase de ensayo clínico y, una de ellas, la del virus del Zika, llegó a esa fase en tan solo un año. “Con las capacidades computacionales y de integración de AWS combinadas con nuestra aplicación Drug Design Studio patentada, los científicos pueden tener noción de una proteína única, pedirla en línea ese mismo día y realizar experimentos preclínicos en menos de un mes”, dice Damiani. “Con la investigación y el desarrollo farmacéuticos tradicionales, llegar al punto en el que se pueden realizar los estudios preclínicos tomaría años, y probar el fármaco en humanos sería mucho menos probable”.

El uso de una infraestructura de AWS también ayuda a que Moderna evite los altos costos que generaría el desarrollo tradicional de fármacos. “Alcanzar la potencia de computación que tenemos en AWS en nuestro propio centro de datos costaría millones de dólares”, afirma Johnson, que señala que solo un miembro del personal administra la infraestructura de AWS de la empresa. “Las instancias de spot de Amazon EC2 brindan acceso a una enorme potencia computacional a un precio muy razonable”.

Los servicios de AWS también facilitan que Moderna cumpla los objetivos de integración, protección y calidad de los datos. “En las empresas farmacéuticas tradicionales, hay enormes organizaciones de TI que luchan por mantener la capacidad y forzar soluciones de copia de seguridad y de recuperación de desastres en las tecnologías heredadas”, dice Damiani. “En la nube de AWS, no es necesario que nos preocupemos por la capacidad. Además, las copias de seguridad y la recuperación son muy sencillas”.

AWS también ayudó a Moderna a validar el cumplimiento de GxP con mucha más facilidad de la que habría ofrecido un centro de datos en las instalaciones. “En el proceso de validación fueron de gran ayuda los controles de seguridad y las capacidades de aislamiento de AWS, así como la asistencia de los consultores de AWS”, afirma Johnson. “Poder trabajar con personal de AWS que conoce la tecnología, presenta sólida experiencia en materia de reglamentación y entiende bien el sector es muy valioso”.

Damiani afirma que la nube de AWS es fundamental para obtener la flexibilidad y la agilidad que han permitido que Moderna logre tanto en tan poco tiempo. “AWS es una buena plataforma para la innovación, ya que es muy fácil intentar cosas nuevas y ver cómo funcionan”, dice Damiani. “AWS ha constituido una herramienta importante, ya que nos ha permitido crecer rápidamente y ser una empresa de biotecnología con 550 empleados y 16 fármacos en la canalización. Pronto tendremos la capacidad de producir medicamentos de ARNm personalizados según la genética de cada paciente. Esto en verdad demuestra el poder de la nube de AWS y las maneras versátiles en que la estamos utilizando como parte de la estrategia de digitalización y para avanzar en el negocio”.