AWS permet à Moderna Therapeutics de fournir des médicaments à base d'ARNm plus rapidement et à moindre coût

Moderna Therapeutics a été fondée en 2010 dans le but de tenir les promesses de la science de l'ARN messager (ARNm) de créer de nouveaux médicaments répondant aux besoins non satisfaits des patients. Les domaines d'intérêt de la société comprennent les maladies infectieuses, le cancer/immuno-oncologie, les maladies cardiométaboliques et les maladies hépatiques et pulmonaires rares. Moderna compte 16 médicaments à ARNm mis au point dans le cadre de ses programmes internes et de ceux gérés en partenariat. Il s'agit notamment de neuf vaccins prophylactiques, deux vaccins thérapeutiques et cinq produits thérapeutiques. Sept de ces médicaments, dont une thérapie immuno-oncologique, sont déjà en cours d'étude clinique, ou sur l'homme.

Une dizaine d'années et plus d'un milliard d'USD peuvent être nécessaires pour mettre de nouveaux médicaments sur le marché. Il en va de même pour les petites molécules pharmaceutiques traditionnelles et les produits biologiques (protéines recombinantes et anticorps monoclonaux) développés par les entreprises de biotechnologie. Ces délais et ces coûts élevés s'expliquent notamment par la longueur des cycles expérimentaux et la nécessité de concevoir des installations sur mesure pour chaque médicament étudié ou produit. Un autre obstacle est l'obligation de se conformer à des règles complexes de bonnes pratiques de laboratoire (BPL), de bonnes pratiques de fabrication (BPF) et aux réglementations 21 CFR Part 11 de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis – désignées collectivement sous le nom de GxP. Les sociétés de biotechnologie et les entreprises pharmaceutiques traditionnelles sont confrontées à des défis supplémentaires, notamment les données en silos, qui entravent la collaboration et le développement d'informations clés, ainsi que le manque de souplesse des centres de données sur site pour la prise en charge du flux scientifique et du calcul haute performance.

Les fondateurs de Moderna ont compris que l'utilisation de l'ARNm comme mécanisme d'administration des médicaments ouvrirait la voie à une approche non traditionnelle du développement des médicaments susceptible de surmonter bon nombre de ces difficultés. Selon Dave Johnson, directeur de l'informatique chez Moderna Therapeutics, « les médicaments traditionnels doivent être créés dans une usine, puis administrés dans l'organisme des patients ». « Les médicaments avec ARN messager indiquent à l'organisme des patients comment produire lui-même les médicaments, un peu comme un logiciel biologique ».

Pour optimiser le potentiel des médicaments à base d'ARNm, Moderna a besoin d'une infrastructure informatique qui prend en charge une capacité de calcul puissante et évolutive ainsi que l'automatisation et l'intégration des données à l'échelle de l'entreprise.

C'est dans cette optique que Moderna a démarré l'utilisation du service cloud d'Amazon Web Services (AWS) très tôt. AWS est un composant clé qui soutient les processus de recherche, de développement et de production de médicaments de l'entreprise. Dans le cloud AWS, Moderna dispose de tout ce dont elle a besoin pour accomplir une stratégie informatique basée sur le calcul haute performance, l'intégration des données, des analytiques puissantes, l'automatisation des processus de laboratoire et de fabrication, et la conformité aux lois, règles et réglementations en vigueur. Selon Marcello Damiani, directeur du numérique chez Moderna, « la technologie AWS, combinée au modèle d'engagement et de relation AWS, est inégalée parmi les fournisseurs de cloud ». « AWS est indispensable à notre stratégie d'adoption du numérique au regard de la petite taille de notre entreprise et de ses objectifs ambitieux. »

Les capacités informatiques puissantes et flexibles du cloud AWS aident Moderna à atteindre la vitesse, la capacité de mise à l'échelle et la réduction des coûts qui sont les principes centraux de son modèle économique. Les scientifiques de Moderna commencent à développer des médicaments à base d'ARNm en accédant à un catalogue en ligne pour sélectionner les protéines qui serviront de point de départ à une ingénierie plus poussée. Ce catalogue fait partie du Drug Design Studio (DDS) de Moderna, une application web brevetée, développée en interne et hébergée sur AWS. DDS utilise un algorithme de calcul pour identifier les séquences d'ARNm qui sont optimales pour des effets médicaux spécifiques.

Comme le volume de ces charges de travail varie, Moderna utilise Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) avec scalabilité automatique pour activer ou désactiver de nouvelles instances selon les besoins. En utilisant les instances Spot Amazon EC2, Moderna supporte des coûts jusqu'à 90 % inférieurs à ceux des instances à la demande. Avec les instances Spot Amazon EC2, si le prix de l'offre à ne pas dépasser de Moderna est surenchéri par un autre utilisateur, les instances s'arrêtent sans impact négatif sur les charges de travail de calcul de DDS qui peuvent être mises en pause.

L'application DDS envoie les tâches de calcul à un microservice principal du cluster qui utilise le Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) pour les stocker et place les données associées à chaque tâche dans Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). Les tâches sont ensuite transférées dans Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS). Les instances Amazon EC2 tirent les tâches, traitent le travail et utilisent Amazon SQS pour renvoyer les résultats au cluster principal, lequel utilise ensuite Amazon SQS et Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) pour informer l'application DDS que le travail est terminé. Une fois que la commande d'une construction d'ARNm spécifique est passée, elle est envoyée au centre de production préclinique de Moderna pour fabrication. Cette installation fortement automatisée pour une capacité de production élevée peut créer jusqu'à 1 000 de ces constructions par mois. Moderna ou ses partenaires évaluent ensuite les constructions par le biais d'études précliniques ou sur des animaux pour voir si elles peuvent être déclarées candidates au développement et passer au stade clinique.

Pour produire des produits thérapeutiques et des vaccins à base d'ARNm de qualité clinique destinés à être utilisés dans des études sur l'homme, Moderna construit une installation de 200 000 pieds carrés (19 000 mètres carrés) de bonnes pratiques de fabrication (BPF) qui devrait être opérationnelle en 2018. Les processus de qualité, de chaîne d'approvisionnement et de BPF de ce site sont pilotés par un environnement informatique conforme aux GxP que Moderna a construit dans le cloud AWS et qui gère un écosystème d'applications entièrement intégré. La pierre angulaire de cet écosystème est l'ERP SAP S/4HANA qui utilise les services AWS pour se connecter aux instruments de fabrication, à la robotique et à d'autres systèmes intégrés tels que le système de gestion des informations de laboratoire (LIMS) LabVantage, le système d'exécution de la fabrication (MES) Emerson Syncade et une solution d'historisation des données du système PI d'OSIsoft.

Moderna utilise également Amazon Redshift pour un entreposage de données simple et rentable afin d'éviter les silos et pour établir une source unique de vérité pour les données de l'entreprise. En utilisant Amazon Redshift comme référentiel central, l'entreprise peut capturer toutes ses données en une seule fois avec peu d'effort manuel. Elle peut aussi utiliser des outils de science des données de business intelligence pour permettre à ses scientifiques d'accéder à des visualisations informatives qui les aident à trouver des corrélations et des informations et à prendre des décisions. Les sauvegardes sont transférées vers Simple Storage Service (Amazon S3), une solution très évolutive qui offre une durabilité annuelle de 99,999999999 pour cent, la gestion des versions, la réplication interrégionale et de solides capacités de sauvegarde et de reprise après sinistre.

Selon M. Damiani, les consultants d'AWS Professional Services spécialisés dans les sciences de la vie ont largement aidé Moderna à créer cet environnement entièrement validé dans le cloud AWS. « Les consultants d'AWS nous ont aidés à définir notre approche de la validation de cet environnement et nous ont fourni une documentation essentielle pour nous aider à le faire », explique-t-il. « Avec leur aide, nous avons introduit dans le cloud AWS des systèmes validés qui n'avaient jamais été mis dans le cloud auparavant ».

Le cloud AWS permet à Moderna de réduire le temps nécessaire pour faire passer les candidats-médicaments au stade des études cliniques et d'accroître l'agilité de ses processus de recherche, de développement et de fabrication. Il permet également d'obtenir des résultats tels que des vaccins anticancéreux personnalisés impossibles à mettre au point il y a quelques années.

Grâce à son infrastructure informatique hébergée dans le cloud AWS, Moderna a réussi à développer des médicaments précliniques à une vitesse exceptionnelle. Par exemple, sur les sept vaccins de Moderna en cours d'essais cliniques, celui contre le virus Zika n'a mis qu'un an à atteindre ce stade. « La combinaison entre les capacités de calcul et d'intégration d'AWS et notre studio exclusif de conception de médicaments permet à nos scientifiques de penser à une protéine unique, la commander en ligne le jour même et mener des expériences précliniques sur celle-ci en moins d'un mois », explique M. Damiani. « En matière de recherche et développement pharmaceutiques, il fallait traditionnellement des années pour arriver au point où l'on était prêt à mener ne serait-ce que des études précliniques, et encore moins à tester son médicament sur l'homme ».

L'utilisation d'une infrastructure AWS permet également à Moderna d'éviter les coûts traditionnellement élevés du développement des médicaments. « Obtenir la puissance de calcul dont nous disposons sur AWS dans notre propre centre de données nous coûterait des millions de dollars », explique M. Johnson, qui souligne que l'infrastructure AWS de l'entreprise est gérée par un seul membre du personnel. « Les Instances Spot Amazon EC2 permettent d'accéder à une énorme puissance de calcul à un coût très raisonnable ».

Les services AWS permettent également à Moderna d'atteindre plus facilement ses objectifs en matière d'intégration, de protection et de qualité des données. « Les entreprises pharmaceutiques traditionnelles disposent d'énormes services informatiques qui s'efforcent de maintenir leur capacité et de mettre en place des solutions de sauvegarde et de reprise après sinistre pour les technologies héritées », indique M. Damiani. « Dans le cloud AWS, nous n'avons jamais à nous soucier de la capacité, et les sauvegardes et la restauration ne pourraient pas être plus simples ».

AWS a également aidé Moderna à valider sa conformité GxP beaucoup plus facilement qu'il n'aurait été possible de le faire dans un centre de données sur site. Comme l'explique Johnson, « Le processus de validation a été grandement facilité non seulement par les contrôles de sécurité et les capacités d'isolation d'AWS, mais aussi par l'assistance des consultants d'AWS ». « Il est incroyablement précieux de pouvoir travailler avec le personnel d'AWS qui non seulement connaît la technologie, mais jouit également d'une solide expérience en matière de réglementation et a une bonne maîtrise de notre secteur ».

Selon M. Damiani, le cloud AWS est la clé de la flexibilité et de l'agilité qui ont permis à Moderna d'accomplir tant de choses en si peu de temps. Pour lui, « AWS est une excellente plateforme pour l'innovation parce qu'elle est très simple à utiliser pour essayer de nouvelles choses et en découvrir le potentiel ». « AWS nous a considérablement aidés à nous développer rapidement pour devenir une société de biotechnologie de 550 employés avec 16 médicaments dans notre pipeline. Bientôt, nous serons en mesure de produire des médicaments à ARNm adaptés à la signature génétique individuelle des patients. Cela vous donne une idée de la puissance du cloud AWS et de la polyvalence de son utilisation dans le cadre de notre stratégie d'adoption du numérique et pour faire progresser notre activité ».