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

减少临床药物试验中的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

“辉瑞在整个药物发现和开发过程中集成了建模、模拟和统计分析。这种方法通过指导选择最佳生物途径、靶点、分子、给药方案和患者群体,有助于减少II期消耗。”

Piet van der Graaf医生,辉瑞公司
示例路径模型(顶部)和药物反应模拟(底部)。

当一种新药进入第二阶段临床试验时,制药公司已经投入了数百万美元和多年的研究和开发。如果后期试验表明该药物不够有效或产生了不可接受的副作用,那么大部分投资将被浪费。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,还因为它耗尽了成功的新疗法的开发资源。

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界面会使构建和共享日益复杂的模型变得困难。本森说:“我们必须手工编写所有的方程式。随着我们的模型越来越大,需要输入的方程式越来越多,构建它们和确保单位的一致性变得非常困难。”。“此外,当我们需要与其他研究人员交流我们的工作时,他们很难理解一长串方程式,特别是如果他们不是建模专家的话。”

项目通常需要大量临床前实验室投资,以建立对一种方法的信心,并在随后的临床试验中验证假设。为了避免在无法成功的项目或方法上花费数百万美元和多年的研究精力,辉瑞希望能够及早发现并终止这些项目或方法。

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通路的问题,例如哪些受体可能是最佳靶点,以及需要什么浓度的药物化合物来实现所需的抑制。

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(包括有无药物存在的时程图)来可视化结果。

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,以进一步加快使用PK和系统生物学模型的分析。

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,系统药理学的结果已经证明某一特定药物不会起作用,最终产生的数据与此一致。”。“在siRNA项目中,建模可以在使用任何实验室资源之前进行。”

  • 研究生产力提高“在药物发现过程中,可以进行大量实验,”本森指出。“我们使用系统药理学结果来集中这些努力,并提出最佳实验。我们可以缩小我们进行的实验范围,专注于最有希望的生物靶点。”

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