新型生物科技企业研发数字化案例
本文基于 M 公司的数字化应用现状，介绍其两大数字化引擎和其达到的业务目的。案例内容可作为早期Biotech公司实现数字化转型，支持生物科技业务快速发展的应用参考标杆。
M 的数字化战略始于其使命：兑现信使 RNA(mRNA) 的承诺，为患者创造新一代创新药物。mRNA 药物来源于核心 mRNA 平台技术，用于引导体内细胞制造蛋白质来预防或抗击疾病。M 的战略重点是推进在跨多个治疗领域使用 mRNA 作为药物。要广泛探索 mRNA 技术同时解决多种疾病的治疗潜力，需要一个数字化模型来深刻改变设计和制造药物的方式。该模型引发了一个连续数据生成、分析和学习的循环，反过来又为未来的研发工作提供信息加速其发展。
数字化对生物科技企业的业务价值：
01 M的数字化战略
M 的业务战略是同时为多种疾病开发一系列广泛的 mRNA 药物，以尽快实现 mRNA 科学对患者的承诺。这一战略的核心是：建立一个自上而下构建的数字基础设施，利用 mRNA 及其类似软件功能的固有可复制性，实现并行进步和共享学习。因此，M 的科学家和合作者正在同时推进数十个 mRNA 研发项目。数字团队与其业务伙伴密切合作，定义一种数字操作方式，以减少不必要的流程复杂性，使用 AI 来增强分析，并结合自动化。从头开始设计系统，以使用云服务并无缝集成。围绕记录系统和相关数据集组织和管理数据，然后共享和同步这些数据以实现实时使用。M 有两个核心“引擎”，高度适应技术和科学工作的独特需求 - 研究引擎和早期开发引擎。研究引擎旨在将许多 mRNA 研究项目同时从概念转移到提名开发候选物。早期开发引擎通过临床研究向人类试验验证推进开发候选物。每个引擎都有独特的要求以及两个引擎之间的连续性需求，可以利用内部开发的软件和算法，以及使用标准现成的解决方案。内部软件和算法支持研究中对特异性和差异性的高度需求，以及需要短交付周期的频繁变化。然后集成现成的数字化解决方案，包括创新的新兴技术，以确保无缝的业务流程实现。
02 研究业务数字化引擎
M 的科学数字环境优先考虑两个目标，合理设计 mRNA 药物和通过研究加速项目。
mRNA 的设计和排序
科学家使用一套称为药物设计工作室(D)的工具将想法转化为 mRNA 设计。(D)包含一个序列设计应用程序，允许科学家使用现有序列库构建新的 mRNA 序列组件或它们导入的组件。嵌入式 AI 算法将氨基酸序列转换为核苷酸序列，并优化生产序列。
现有的算法使用从多年积累的关于 mRNA 序列与产量和蛋白质表达的相互作用的知识中学到的启发式算法。下一代 mRNA 和蛋白质设计算法使用神经网络将大型公共数据集与专有数据相结合，以发现精准关联，提高 mRNA 性能。
设计完成后，使用(D)订购应用程序将 mRNA 发送给临床前生产团队，该应用程序配置了 mRNA 和配方的理想特性。(D)订购功能会在将订单发送到临床前生产之前自动执行多个 AI 序列质量检查和优化。
mRNA 临床前生产
通过临床前生产 app 中触发临床前 mRNA 生产。该应用程序协调生产过程的每个步骤，从最初创建 DNA 质粒模板到最终配制的 mRNA 。在液体处理、生产和质量控制方面，全自动化已经取代了手工工作。
仪器与临床前生产应用程序和外部供应商的紧密集成使在过程的每个步骤捕获和解释数据，并对每个 mRNA 构建进行完全的数字跟踪。
嵌入在应用程序中的实时算法和分析工具也推动了质量控制流程和持续改进流程。例如，根据历史数据训练的逻辑回归机器学习算法可以预测哪些 mRNA 序列有产生不足材料的风险，并尽早重新启动以节省时间。在选择原材料以提高效率时，基于规则的算法还可以优化部分容器选择。
发送和装运 mRNA
配送应用程序可自动将 mRNA 配送给内部使用和全球外部合作伙伴使用。该应用程序还用于协调体内/体外研究中的生物样品运输，以供准备和分析这些样品的团队使用。该应用程序生成适当的标签和海关表格，并通过单击按钮或轻触智能手机来驱动发货和收货。该应用程序还向所有关联方生成关于装运状态的实时通知。
库存和注册表
在库存应用程序中跟踪研究和临床前生产中使用和创建的每种材料。这包括 mRNA 、动物组织、细胞液、化学品、试剂等等。该应用程序有许多工作流功能，如消耗、等分、物料转移和库存警报。
对于M系统与之交互的每种类型的唯一材料，注册表应用程序也为关键材料类型分配了唯一的注册表 ID 。在 mRNA 及其组件的研究和开发过程中使用的独特 ID 允许系统和过程（包括离线过程）确保它们都引用相同的材料。
研究设计
为了设计体内和体外研究，科学家使用体内和体外研究应用程序。一旦研究注册，研究应用程序可以帮助科学家规划他们的研究、排序 mRNA 构建和跟踪进展。研究应用程序与生产和体内规划工具的集成，使科学家能够立即了解其实验所需资源的可用性、实时进度报告和改进建议。目标是优化总体研究结果、资源和周期时间。研究应用程序捕获了各种复杂的体内和体外研究方案设计，包括所有必要的剂量、样本、分析等，并为运营团队执行的研究活动生成精确的计划。
实验管理
部署电子实验室笔记本(ELN)，以便在标准化、可搜索的存储库中简化和跟踪实验。选择 IDBS 新的基于 web 的电子工作簿电子实验室笔记本，是因为它的现代设计、简单性、可用性、工作流功能、电子签名和报告。致力于将其进一步集成，以将库存、研究和仪器数据直接与笔记本连接起来。科学家的数据管理变得“更加智能”，他们可以信任信息，加快了决策、共享和协作的能力。
03 早期开发业务数字化引擎
早期开发过程始于提名一个开发候选物（DC），M 打算将其推进IND 和临床试验。这一过程从头到尾毫无例外地都已数字化。从候选物选择到 DC 提名，DC 批准工作流允许审查数据并以电子方式批准 DC 。一旦批准，DC 的属性和数据将受到严格控制。从这一点来看，数字化的重点是推动临床和操作流程，解决质量、安全、时间和成本问题，确保 DC 保持在实现下一个开发里程碑的轨道上。
工艺过程开发
电子实验室笔记本中记录了新的实验和表征工作，并用属性标记，以组织过程学习。流程实验在专有的平台编辑软件中建模，并允许创建结构化实验，然后在定制开发中心软件中执行，该软件将所有样本测试请求、库存管理和关键流程设备连接起来，以支持分析和快速洞察。
数据分析开发
使用现成的分析软件进行早期数据分析开发，数据和结果存储在电子实验室笔记本中。在分析开发之间利用相同的系统以及质量控制，以加速测试方法向生产的转移。这包括一个共享的、基于云的(高效液相色谱法)管理系统和集成的实验室执行系统。使用集成机器人技术和高通量测试方法进行高通量测试，以支持工艺实验的快速决策。
试点操作和技术转让
试点操作为毒理学研究提供材料，并在可能的情况下利用相同的设备和流程帮助简化向 GMP 操作的转移。开发中心正在实施执行，软件和设备集成，能够将数据集与 GMP 操作进行比较。支持技术转让的数据在结构化报告中生成，平台编辑器软件可用于自动化转让报告和生成电子批记录设计。
临床开发
随着从临床前研究中提名 DC，有效管理投资组合成为当务之急。临床和运营规划（C&OP）流程数字化旨在帮助规划资源和跟踪从提名到各个临床试验阶段，每个 DC 的执行都有一套应用程序，可360度查看所有步骤：监管备案、GLP/GMP 制造、体内毒理学研究和临床试验行程安排。
供应
供应 app 捕获制造需求，并帮助管理和跟踪 GMP 和 GLP 材料的供应。该应用程序与 SAP S4 ERP 集成，可帮助供应链团队通过单一的供应计划视图规划生产批次，以支持生产运营。此外，这些应用程序还包含随时间变化的制造进度、供需匹配度、模拟和预测功能，同时支持成本预测和资源规划，并提供实时预警功能。
监管
监管 app 跟踪并同步从 IND 前的会议到 IND 提交，并继续进行跟踪到通知的提交日期。它根据制造需求应用程序中设置的里程碑自动生成时间表，并突出显示不匹配项。
毒理
毒理学 app 计划并跟踪体内毒理学研究，这是新产品进入临床前必须达到的重要里程碑。该应用程序确保与外部供应商的研究时间同步，并且按时收到所需的 GLP 材料。该应用程序可帮助获得最新的临床需求时间表和制造供应时间表，从而能够快速响应变化。C&OP 套件捕获并规划所有关键里程碑，从而能够通过组织更好地预测供应和需求。根据进展情况，将预测更准确的药物供应需求，同时考虑产品/工艺细节、临床试验设计、药物有效期和现场试验注册。将该系统直接集成到 SAP S4 ERP 中，以实现快速的资源规划。
临床试验运营
高效、高质量地执行临床试验对 M 至关重要。使用 Veeva 的 eTMF 系统对临床试验文件的收集进行了数字化。该系统为所有研究中的关键试验文件提供了一个单一的中心系统。对于临床数据收集，已经对 Medidata 系列产品进行了标准化。Medidata 是市场领先的电子数据采集（EDC）提供商。Medidata 为患者日记、统计分析、方案优化和患者知情同意提供了一套集成的工具。有了这样单一、集中的 EDC 提供商，可以通过节省成本和更快速的研究构建和分析实现数据收集的标准化。Endpoint Clinical 的 IRT 系统进行了标准化，用于临床药物供应和随机化。这个用户友好的工具对于确保站点和患者获得药物至关重要。IRT 集成到 EDC 系统的所有临床研究允许数据无缝流动。最后，临床试验状态监控是通过专有的临床指标应用程序实现的，该应用程序与 CRO 的临床试验管理系统集成，以获取患者登记、站点激活和许多其他指标的数据。
监管备案和合规
对于监管备案和检查，Veeva 应用程序套件为文档提交和归档提供了监管信息管理功能，实现了实时检查准备、可见性和控制。这套件被用作所有监管机构的“唯一真相来源”。
04 数字化战略支持M实现战略使命
M 正在以行业内罕见的广度、速度和规模推进药物创新，这对于处于生命周期早期阶段的公司来说是不寻常的。与大型生物技术公司相比，M 已经实现的早期生产力是令人惊叹的。这种生产力是由于 M 的平台技术和作为药物使用的 mRNA 的“软件化”性质，以及对数字技术的结合而产生。随着数字基础设施的建立，M 能够快速、无缝地将 mRNA 药物从概念、研究和临床开发转移到为患者提供服务的最终目标，从而实现其商业愿景。
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