用户故事

三菱田边制药开发数据分析工具以加快药物发现

挑战

通过简化药物代谢、药代动力学和其他研究的数据分析,改进候选药物的选择过程

解决方案

使用MATLAB开发定量分析图像和视频的算法,并与MathWorks顾问合作创建独立的分析应用程序,部署给科学家

结果

  • 算法的发展速度快了四倍
  • 同时分析多种药物,分析时间减少75%
  • 部署工作负载减少了83%

“我们在MATLAB中开发的算法,并在MathWorks顾问的帮助下部署为应用程序,使我们能够获得定量分析结果,避免人为错误,更有效地协作,可靠地再现结果,并使每年完成的可行性研究数量翻倍。”

Ryuta Saito,三菱田边制药
三菱田边制药公司开发的基于MATLAB的分析工具。

对于制药公司来说,基于动物的生物学研究,包括药物代谢和药代动力学(DMPK)、药理和毒理学研究,在有前景的先导化合物进行人体临床试验和最终提交监管机构之前,提供了一些阶段性的检查点。然而,在开发生物数据分析工具的数据科学家和使用它们来提高药物研发效率的基层生物学家和化学家之间经常存在差距。

三菱田边制药与MathWorks咨询服务公司合作,弥补了这一差距,使候选药物的选择更有效。公司开发了MATLAB®基于生物数据分析工具,缩短了开发分析算法的迭代,提高了生物学家的效率,使他们能够评估更多的候选药物,并加速发现过程。

三菱田边制药公司生物信息学研究科学家Ryuta Saito说:“使用我们在MATLAB中开发的工具,我们的生物学家可以自动获得定量结果,可靠地再现和管理结果,并比较多种药物的效果。”“因此,我们可以筛选更多的候选药物,对以前放弃的样本进行回顾性分析,并将我们每年完成的可行性研究的数量翻倍。”

挑战

三菱田边制药试图通过使整个生物数据分析过程更准确、更可重复和更快来改善候选药物的选择。通常在三菱田边制药公司,在实验动物研究中获得数据后,将分两步进行分析。

在第一步中,有编写代码经验的数据科学家为数据的子集开发图像处理和数据处理算法。数据科学家过去用Java编写算法®、Perl、R和Python,但是这个过程有几个缺点。首先,这是耗时的,因为科学家经常从头开始编写代码,即使是众所周知的图像处理技术。其次,他们很难从各种格式的文件中读取数据。第三,生物学家经常发现算法很难使用,需要多次迭代来改进和部署更容易使用的版本。

在第二步中,长凳生物学家使用算法分析和评估他们的原始数据集。过去,长凳生物学家的工作量包括手动任务,如将结果复制到电子表格,管理文件夹,为特定图像组创建文件,以及在大量图像文件中识别分析区域。分析结果并不总是可重复的。

该公司试图使这两个步骤在这一过程中更有效。

解决方案

三菱田边制药使用MATLAB、图像处理工具箱™、生物信息学工具箱™和统计和机器学习工具箱™开发了生物数据分析算法,并与MathWorks顾问合作,使用MATLAB编译器™部署算法作为应用程序。

在MATLAB和工具箱中,数据科学家开发了图像分割、视频中的目标跟踪和数据匹配的算法。这些算法调用工具箱中的函数,从标准文件格式读取和预处理图像、视频和基因组数据,并执行曲线平滑、降噪、峰值检测、形态学操作、图像量化和其他操作。

该团队通过使用样本数据和各种参数对算法进行测试,从而优化了算法。

在改进和测试他们的算法之后,数据科学家团队与MathWorks顾问合作,将算法合并到一套图形应用程序中,以供实验科学家用于内部器官疾病诊断、行为模式分析和基因表达分析。

使用MATLAB编译器,该团队创建了这些应用程序的独立可执行版本,可以被生物学家使用,即使是那些没有运行MATLAB的人。

长凳生物学家使用这些应用程序来评估具有不同参数值和算法选项的图像和数据的样本子集。在确定最佳组合和选项之后,他们使用应用程序来分析完整的数据集。

使用基于MATLAB的工具和与MathWorks咨询服务共同开发的应用程序,三菱田边制药的生物学家已经确定了至少一种有前途的候选药物。

结果

  • 算法的发展速度快了四倍.Saito说:“用C/ c++或Java实现需要数月时间的算法,在MATLAB中开发出来只需几周甚至几天。”凭借其内置的功能、交互环境和集成多种数据格式的能力,MATLAB使开发速度提高了四倍。”

  • 同时分析多种药物,分析时间减少75%.Saito说:“有了MATLAB构建的交互式分析工具和MathWorks顾问的帮助,我们的生物学家可以在2.5小时内完成以前需要12小时的样本分析。”“现在,我们可以评估多种药物的效果,并同时进行比较。”

  • 部署工作负载减少了83%.Saito说:“MathWorks的顾问们根据我们在MATLAB中创建的算法开发了我们生物学家使用的应用程序,减少了83%的全职工作量。”“顾问们与我们的数据科学家和生物学家密切合作,了解我们的需求,并比我们自己更快地完成了项目。”