A Moderna Therapeutics fornece medicamentos de mRNA com mais rapidez e menor custo usando a AWS

A Moderna Therapeutics foi fundada em 2010 com o objetivo de cumprir a promessa da ciência do mensageiro RNA (mRNA) de criar novos medicamentos destinados às necessidades não atendidas de pacientes. A empresa se concentra em áreas como doenças infecciosas, câncer e imuno-oncologia, doenças cardiometabólicas e doenças hepáticas e pulmonares raras. Contando com os programas internos e de parcerias, há 16 medicamentos de mRNA no pipeline de desenvolvimento da Moderna: nove vacinas profiláticas, duas vacinas terapêuticas e cinco terapias. Sete desses medicamentos, inclusive uma terapia imuno-oncológica, já estão em estudo clínico ou humano.

Colocar novos medicamentos no mercado pode levar uma década e custar mais de USD 1 bilhão. Isso se aplica tanto ao desenvolvimento farmacêutico tradicional de pequenas moléculas como para os produtos biológicos (como proteínas recombinantes e anticorpos monoclonais) desenvolvidos por empresas de biotecnologia. Os motivos de prazos tão longos e altos custos incluem longos tempos de ciclo experimental e a necessidade de planejar instalações personalizadas para medicamentos individuais em estudo ou produção. Outro obstáculo é a exigência do cumprimento dos regulamentos complexos de Good Laboratory Practices (GLP), Good Manufacturing Processes (GMP) e da Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos, 21 CFR, Parte 11, mencionadas coletivamente como GxP. Tanto as empresas de biotecnologia como as farmacêuticas tradicionais enfrentam outras dificuldades, como dados em silos que impedem o trabalho em conjunto e o desenvolvimento de insights importantes, bem como a inflexibilidade dos datacenters on-premises para dar suporte ao fluxo de trabalho científico e à computação de alta performance.

Os fundadores da Moderna reconheceram que usar mRNA como mecanismo para fornecer medicamentos abriria as portas para uma metodologia não tradicional de desenvolvimento de medicamentos que poderia superar muitas dessas dificuldades. “Os medicamentos tradicionais precisam ser criados em uma fábrica e depois introduzidos no corpo dos pacientes”, afirma Dave Johnson, diretor de informática da Moderna Therapeutics. “Os medicamentos de RNA mensageiro dizem como o corpo do paciente deve produzir os próprios medicamentos, como um software biológico”.

Para maximizar o potencial dos medicamentos baseados em mRNA, a Moderna precisa de uma infraestrutura de TI que oferece suporte a computação robusta e escalável, bem como automação e integração de dados em toda a empresa.

Com esses objetivos em mente, a Moderna começou a usar a Nuvem Amazon Web Services (AWS) desde o início, e a AWS é um componente central que impulsiona os processos de pesquisa, desenvolvimento e produção de medicamentos da empresa. Na Nuvem AWS, a Moderna tem tudo o que precisa para cumprir uma estratégia de TI baseada em computação de alta performance, integração de dados, análise potente, automação de processos de laboratório e produção e conformidade com leis, normas e regulamentos aplicáveis. “A tecnologia da AWS, combinada com o modelo de envolvimento e relacionamento da AWS, é incomparável entre os provedores de nuvem”, afirma Marcello Damiani, diretor digital da Moderna. “Dado o tamanho pequeno e as metas ambiciosas de nossa empresa, a AWS é essencial para nossa estratégia de digitalização.”

Os recursos de computação robustos e flexíveis da Nuvem AWS ajudam a Moderna a obter velocidade, escalabilidade e custos mais baixos, que são os princípios fundamentais de seu modelo de negócios. Os cientistas da Moderna começam a desenvolver medicamentos de mRNA acessando um catálogo online para selecionar proteínas como pontos de partida para desenvolver a engenharia. Esse catálogo faz parte do Drug Design Studio (DDS) da Moderna, uma aplicação Web própria desenvolvida internamente e hospedada na AWS. O DDS usa um algoritmo computacional para identificar sequências de mRNA ideais para efeitos médicos específicos.

Como o volume dessas workloads varia, a Moderna utiliza o Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) com o Auto Scaling para ativar ou desativar novas instâncias, conforme necessário. Ao usar instâncias spot do Amazon EC2, a Moderna incorre em custos até 90% menores do que para instâncias sob demanda. Com as instâncias spot do Amazon EC2, se o limite de preço para o lance da Moderna for superado por outro usuário, as instâncias serão desativadas, mas isso não prejudicará as workloads computacionais do DDS, que podem ser pausadas.

A aplicação DDS envia trabalhos de computação a um microsserviço primário de cluster que usa o Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) para armazená-los e coloca os dados associados de cada trabalho no Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). Em seguida, os trabalhos são encaminhados para o Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS). As instâncias do Amazon EC2 extraem trabalhos, processam a tarefa e usam o Amazon SQS para retornar resultados ao cluster primário, que então usa o Amazon SQS e o Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) para informar à aplicação DDS que a tarefa foi concluída. Depois que um construto de mRNA específico é solicitado, ele é enviado à unidade de produção pré-clínica da Moderna para fabricação. Essa unidade, altamente automatizada para proporcionar alta taxa de transferência, pode criar até 1.000 desses construtos por mês. A Moderna ou seus parceiros avaliam os construtos por meio de estudos pré-clínicos ou em animais para ver se podem ser declarados candidatos ao desenvolvimento e avançar para o estágio clínico.

Para produzir terapias e vacinas de mRNA de nível clínico para uso em estudos humanos, a Moderna está construindo uma unidade de práticas recomendadas de fabricação (GMP) com mais de 18 mil metros quadrados, que deve entrar em operação em 2018. Os processos de qualidade, cadeia de suprimentos e GMP dessa unidade são orientados por um ambiente de TI de GxP que a Moderna criou na Nuvem AWS que permite um ecossistema de aplicações totalmente integrado. O pilar desse ecossistema é o SAP S/4HANA ERP, que usa produtos da AWS para se conectar a instrumentos de produção, robótica e outros sistemas integrais, como LabVantage Laboratory Information Management System (LIMS), Emerson Syncade Manufacturing Execution System (MES) e uma solução histórica de dados PI da OSIsoft.

A Moderna também está usando o Amazon Redshift para data warehousing simples e com bom custo-benefício para evitar silos e estabelecer uma única referência para os dados da empresa. Ao usar o Amazon Redshift como repositório central, a empresa pode capturar todos os dados de uma vez, com pouco esforço manual, e usar ferramentas de ciência de dados de business intelligence para dar a seus cientistas acesso a visualizações informativas que ajudam a encontrar correlações, desenvolver insights e tomar decisões. Os backups são enviados ao Simple Storage Service (Amazon S3), que é altamente escalável e oferece 99,999999999% de durabilidade anual, versionamento, replicação entre regiões e recursos robustos de backup e recuperação de desastres.

Segundo Damiani, os consultores do AWS Professional Services com conhecimento técnico em ciências biológicas foram cruciais para ajudar a Moderna a criar esse ambiente totalmente validado na Nuvem AWS. “Os consultores da AWS nos ajudaram a estruturar uma abordagem para validar esse ambiente e forneceram a documentação essencial para nos ajudar nisso”, explica ele. “Com a ajuda deles, introduzimos sistemas validados na Nuvem AWS que nunca haviam sido implantados na nuvem.”

Ao contar com a Nuvem AWS, a Moderna consegue reduzir o tempo necessário para avançar candidatos a medicamentos para estudos clínicos, agilizar seus processos de pesquisa, desenvolvimento e produção e obter resultados (como vacinas personalizadas contra o câncer) que seriam impossíveis até poucos anos atrás.

Com sua infraestrutura de TI hospedada na Nuvem AWS, a Moderna atingiu um desenvolvimento de medicamentos pré-clínicos com rapidez extraordinária. Por exemplo, das sete vacinas da Moderna que atualmente estão no estágio de ensaios clínicos, a vacina para o vírus zika levou apenas um ano para atingir esse estágio. “Com os recursos computacionais e de integração da AWS, combinados com nosso Drug Design Studio próprio, nossos cientistas conseguem pensar em uma proteína exclusiva, encomendá-la online no dia e realizar experimentos pré-clínicos com ela em menos de um mês”, afirma Damiani. “Com a pesquisa e o desenvolvimento farmacêutico tradicionais, levaria anos para chegar ao ponto em que estamos prontos para estudos pré-clínicos, quanto mais para testar o medicamento em humanos.”

Usar uma infraestrutura da AWS também ajuda a Moderna a evitar os altos custos de desenvolvimento de medicamentos tradicionais. “Obter a potência computacional que temos na AWS em nosso próprio datacenter nos custaria milhões de dólares”, observa Johnson, ressaltando que a infraestrutura da AWS na empresa é gerenciada por apenas um funcionário. “As instâncias spot do Amazon EC2 fornecem acesso a uma enorme potência computacional a um custo muito razoável.”

Os produtos da AWS também estão facilitando o cumprimento das metas de integração, proteção e qualidade de dados da Moderna. “As empresas farmacêuticas tradicionais têm grandes organizações de TI com dificuldades de manter a capacidade e de encaixar as soluções de backup e recuperação de desastres para tecnologias herdadas”, diz Damiani. “Na Nuvem AWS, jamais precisamos nos preocupar com a capacidade, e os backups e a recuperação não poderiam ser mais simples.”

A AWS também ajudou a Moderna a validar o cumprimento de GxP com muito mais facilidade do que seria possível em um datacenter on-premises. “O processo de validação foi bastante auxiliado não apenas pelos controles de segurança e recursos de isolamento da AWS, mas também pela assistência dos consultores da AWS”, afirma Johnson. “É inestimável poder trabalhar com o pessoal da AWS, que não apenas conhece a tecnologia, como também tem uma forte experiência regulatória e realmente entende nosso setor.”

Para Damiani, a Nuvem AWS é fundamental para proporcionar a flexibilidade e a agilidade que ajudaram a Moderna a realizar tanto em tão pouco tempo. “A AWS é uma ótima plataforma para inovação, porque é bem simples para experimentar coisas novas e ver como elas funcionam para você”, diz Damiani. “Usar a AWS tem sido uma ferramenta importante para nos ajudar a crescer rapidamente para uma empresa de biotecnologia com 550 funcionários e 16 medicamentos em nosso pipeline. E, em breve, teremos a capacidade de produzir medicamentos de mRNA personalizados conforme a assinatura genética individual de pacientes. Isso realmente mostra o potencial da Nuvem AWS e as maneiras versáteis de usá-la como parte de nossa estratégia de digitalização e para conduzir nossa empresa.”