用户故事

辉瑞使用基于模型的药物开发来帮助降低第二阶段的损耗率

挑战

减少临床药物试验的II期消耗

解决方案

为生物系统建模和模拟,以指导生物途径、靶点、给药方案和患者群体的选择

结果

  • 对药物-机体相互作用的认识加深了
  • 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医生,辉瑞公司
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。这第二阶段磨损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。

辉瑞的研究人员使用MATLAB等计算工具®和SimBiology®以支持万博1manbetx基于模型的药物开发,并帮助减少II期磨损。辉瑞制药公司药物动力学、动力学和代谢(PDM)部门副研究员尼尔·本森博士说:“不断增长的已发表生物学研究的数据库提供了构成人体的极其复杂系统的快照。”“SimBiology使我们能够基于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,然后利用这一了解,将我们的研究集中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。辉瑞公司药理学和临床药理学高级主管Piet van der Graaf博士说:“第二阶段的损耗需要从根本原因着手——从早期发现的生物靶点的选择着手。”“我们希望在药物研究的早期阶段应用建模和仿真,弥合系统生物学和药代动力学-药效学(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

辉瑞已经开始开发一种集成的系统药理学研究人员使用MATLAB和SimBiology等工具,在发现的早期和整个发展阶段对生物系统进行建模、模拟和分析。

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。

有时候,该小组将最初的模型建立在已发布的系统生物学标记语言(Systems Biology Markup Language, SBML)模型上,并直接导入SimBiology和其他软件工具中。

接下来,他们进行敏感性分析,以识别模型中最重要的靶标并对其进行排序,使用模拟事件来模拟将特定药物引入系统的过程。

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。

使用视觉界面,他们与药物项目组共享模型、图和其他模拟结果,项目组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)抑制NF-kB途径中的IKK酶的有效性。在构建并模拟了一个包含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。后续实验结果与此结论一致。

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。

结果

  • 对药物-机体相互作用的认识加深了.“我不是数学家,但通过SimBiology,我已经构建了多达400个常微分方程的模型,”Benson说。“SimBiology让我能够创建比以前更复杂的模型,并通过分析它们的动力学和动力学,让我更深入地了解它们是如何工作的。”

  • 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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