Moderna Therapeutics 使‎用 AWS 以更低的成本、更快地提供 mRNA 藥物

Moderna Therapeutics 成立於 2010 年，旨在兌現 Messenger RNA (mRNA) 科學透過創造新藥來因應未滿足的患者需求的承諾。該公司的重點領域包括傳染病、癌症/免疫腫瘤學、心臟代謝疾病，以及罕見的肝肺疾病。包括內部和合作計劃在內，Moderna 的開發管道中有 16 種 mRNA 藥物：九種預防性疫苗、兩種治療性疫苗和五種治療劑。其中的七種藥物，包括免疫腫瘤治療藥物，已在進行臨床或人體研究。

將新藥推向市場可能需要十年時間，成本超過 10 億 USD。傳統的小分子藥物開發和生物技術公司開發的生物製劑 (如重組蛋白和單克隆抗體) 都是如此。之所以需要如此長的時間範圍和高成本，其原因包括較長的實驗週期，並且需要為正在研究或生產的個別藥物設計定製設施。另一個障礙是需要遵守複雜的良好實驗室規範 (GLP)、良好製造工藝 (GMP) 和美國食品和藥物管理局 (FDA) 21 CFR Part 11 法規 – 統稱為 GxP。生物科技公司和傳統製藥公司都面臨著額外的挑戰，例如阻礙協作和開發關鍵洞察的孤立資料，以及支援科學工作流程和高效能運算的內部部署資料中心的不靈活性。

Moderna 的創始人認識到，使用 mRNA 作為藥物交付機制將為非傳統藥物開發方法打開大門，從而克服許多這些挑戰。Moderna Therapeutics 的資訊學主管 Dave Johnson 表示：「傳統藥物必須在工廠中製造，然後引入患者體內。」「Messenger RNA 藥物告訴患者的身體如何自己生產藥物，有點像生物軟體。」

為了最大限度地發揮以 mRNA 為基礎的藥物潛力，Moderna 需要支援強大、可擴展的運算，以及自動化和企業級資料整合的 IT 基礎設施。

考慮到這些目標，Moderna 很早就開始使用 Amazon Web Services (AWS) 雲端，而 AWS 是為公司的藥物研發和生產流程提供動力的核心元件。在 AWS 雲端，Moderna 擁有完成以高效能運算、資料整合、強大分析、實驗室和製造程序自動化，以及遵守適用法律、規則和法規的 IT 策略所需的一切。Moderna 數位長 Marcello Damiani 表示：「AWS 技術與 AWS 參與和關聯式模型相結合，在雲端供應商中是無與倫比的。」「鑑於我們公司規模小、目標遠大，AWS 對於我們的數位化策略至關重要。」

AWS 雲端的強大、靈活的運算能力可協助 Moderna 實現高速度、可擴展性和更低的成本，這是其商業模型的核心原則。Moderna 的科學家們開始透過存取線上型錄來開發 mRNA 藥物，選擇蛋白質作為進一步工程的起點，來開發 mRNA 藥物。此型錄是 Moderna 藥物設計工作室 (DDS) 的一部分，DDS 是一種專有的內部開發的 Web 應用程式，託管在 AWS 上。DDS 使用運算演算法來識別對特定醫療效果最佳的 mRNA 序列。

這些工作負載的數量各不相同，因此 Moderna 使用 Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) 和 Auto Scaling，視需啟動或關閉新執行個體。透過使用 Amazon EC2 Spot 執行個體，Moderna 產生的成本比隨需執行個體低 90%。使用 Amazon EC2 Spot 執行個體，如果 Moderna 的不超過競價價格被其他使用者超過，則執行個體會關閉，但這不會損害 DDS 運算工作負載，可以暫停。

DDS 應用程式將運算任務提交到叢集主要微型服務，該服務使用 Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) 來存放任務，並將每項任務的關聯資料置於 Amazon Simple Storage Service (Amazon S3)。接下來會將任務推送至 Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS)。Amazon EC2 執行個體會提取任務、處理工作，並使用 Amazon SQS 將結果傳回給叢集主要微型服務，其使用 Amazon SQS 和 Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) 通知 DDS 應用程式工作完成。一旦下達特定 mRNA 建構的指令，即會傳送至 Moderna 的臨床前生產設施進行製造。此設施為實現高輸送量而高度自動化，每月可以建立多達 1,000 個此類建構。Moderna 或其合作夥伴然後透過臨床前或動物研究來評估這些建構，看看是否可以宣佈其為開發候選方案並進入臨床階段。

為了生產用於人體研究的臨床級 mRNA 療法和疫苗，Moderna 正在建立一個 200,000 平方英尺的良好生產規範 (GMP) 設施，該設施將於 2018 年投入營運。此設施的品質、供應鏈和 GMP 程序由 Moderna 在 AWS 雲端中建構的 GxP IT 環境驅動，其支援完全整合的應用程式生態系統。此生態系統的基石為 SAP S/4HANA ERP，其使用 AWS 服務連線製造儀器、機器人和其他整合系統，如 LabVantage 實驗室資訊管理系統 (LIMS)、艾默生 Syncade 製造執行系統 (MES) 和OSIsoft PI 資料歷史資料庫解決方案。

Moderna 還使用 Amazon Redshift 進行簡單、經濟高效的資料倉儲處理，以避免孤島並為公司資料建立單一真實來源。透過使用 Amazon Redshift 作為中央儲存庫，該公司可一次擷取所有資料，而無需手動操作，並使用商業智慧資料科學工具，讓其科學家能夠實現資訊視覺化，協助他們尋找關聯性、開發洞察並做出決策。備份會推送至 Amazon S3，其具有高度可擴展性，並提供 99.999999999% 的年度耐久性、版本控制、跨區域複寫，以及強大的備份和災難復原功能。

Damiani 表示，具有生命科學專業知識的 AWS 專業服務顧問對於協助 Moderna 在 AWS 雲端建置此經充分驗證的環境至關重要。「AWS 顧問協助我們制定了驗證此環境的方法，並提供必要的文件來協助我們操作，」他解釋道。「在他們的協助下，我們將經驗證的系統引入 AWS 雲端，這在以前從未被置於雲端。」

依靠 AWS 雲端，Moderna 可縮短將候選藥物推進臨床研究所需的時間；提高其研究、開發和製造過程的敏捷性；並取得成果，例如個人化癌症疫苗，這在幾年前是無法實現的。

憑藉託管在 AWS 雲端的 IT 基礎設施，Moderna 實現了異常快速的臨床前藥物開發。例如，Moderna 目前在臨床試驗中的七種疫苗中，一種針對寨卡病毒，只用了一年時間就達到了這一階段。「憑藉 AWS 運算與整合功能，再加上我們專有的藥物設計工作室，我們的科學家可以針對獨特的蛋白質提出想法，當天線上訂購，並在不到一個月的時間內對其進行臨床前實驗，」Damiani 說道。「在傳統的藥物研發中，甚至需要數年時間才能為臨床前研究做好準備，更不用說在人體中測試藥物了。」

使用 AWS 基礎設施還有助於 Moderna 避免傳統藥物開發的高成本。「在我們自己的資料中心實現 AWS 上的雲端能力將花費我們數百萬 USD，」Johnson 說道，他指出該公司的 AWS 基礎設施僅由一名員工管理。「Amazon EC2 Spot 執行個體以非常合理的成本即可具備巨大的運算能力。」

AWS 服務還使 Moderna 更容易實現其資料整合、保護和品質目標。「傳統製藥公司擁有龐大的 IT 組織，他們竭力保持容量並為舊式技術提供適合的備份和災難復原解決方案，」Damiani 說道。「在 AWS 雲端，我們永遠不必擔心容量問題，而且備份和復原再簡單不過。」

相較於內部部署資料中心，AWS 還可協助 Moderna 更輕鬆地驗證其 GxP 合規性。「驗證程序不僅極大地受益於 AWS 安全控制和隔離功能，還得到了 AWS 顧問的協助，」Johnson 說道。「能夠與 AWS 人員合作非常有價值，他們不僅了解技術，而且擁有豐富的監管經驗，並且真正了解我們的產業。」

Damiani 表示，AWS 雲端是靈活性和敏捷性的關鍵，協助 Moderna 在非常短的時間內完成了眾多工作。「AWS 是一個絕佳的創新平台，因為嘗試新事物以及查看其如何運作非常簡單。」Damiani 說道。「AWS 一直是我們使用的重要工具，協助我們快速成長為擁有 550 名員工的生物技術公司，並在管道中推出 16 種藥物。很快，我們將有能力生產針對患者個體遺傳特徵定製的 mRNA 藥物。這確實向您展示了 AWS 雲端的強大功能，以及我們將其用作數位化策略的一部分，並推動我們業務發展的多種方式。」