Moderna Therapeutics Menghadirkan Obat mRNA Lebih Cepat, dengan Biaya Lebih Rendah Menggunakan AWS

Moderna Therapeutics didirikan pada tahun 2010 dengan tujuan untuk mewujudkan janji sains messenger RNA (mRNA) untuk menciptakan obat-obatan baru guna memenuhi permintaan pasien yang belum terpenuhi. Area fokus perusahaan ini mencakup penyakit menular, kanker/imuno-onkologi, penyakit kardiometabolik, dan penyakit hati serta paru-paru yang langka. Termasuk program internal dan mitra, terdapat 16 obat mRNA dalam alur pengembangan Moderna: sembilan vaksin profilaktik, dua vaksin terapeutik, dan lima obat terapeutik. Tujuh dari obat tersebut, termasuk terapeutik imuno-onkologi, telah dalam tahap studi klinis atau manusia.

Menghadirkan obat baru ke pasar dapat memakan waktu puluhan tahun dan biaya lebih dari 1 miliar USD. Ini sungguh terjadi pada pengembangan obat-obatan molekul kecil tradisional dan biologis (seperti protein rekombinan dan antibodi monoklon) yang dikembangkan oleh perusahaan bioteknologi. Alasan lamanya waktu pengembangan dan biaya yang tinggi mencakup waktu siklus eksperimen yang panjang serta kebutuhan untuk merancang fasilitas khusus untuk mempelajari atau memproduksi setiap obat-obatan. Hambatan lainnya adalah persyaratan untuk mematuhi aturan Good Laboratory Practices (GLP), Good Manufacturing Processes (GMP), dan U.S. Food and Drug Administration (FDA) 21 CFR Part 11—seluruhnya disebut sebagai GxP. Perusahaan obat biotek dan tradisional menghadapi tantangan tambahan, seperti data yang terisolisasi dan menghambat kolaborasi serta pengembangan wawasan utama, serta pusat data on-premise yang tidak fleksibel dalam mendukung alur kerja ilmiah juga komputasi performa tinggi.

Pendiri Moderna memahami bahwa menggunakan mRNA sebagai mekanisme penghantar obat akan membuka pintu bagi pendekatan pengembangan obat nontradisional yang dapat mengatasi banyak tantangan di atas. “Obat tradisional harus diproduksi di pabrik, lalu diperkenalkan ke tubuh pasien,” jelas Dave Johnson, direktur informatika di Moderna Therapeutics. “Obat messenger RNA memberi tahu tubuh pasien cara memproduksi obat tersebut sendiri, seperti perangkat lunak biologis.”

Untuk memaksimalkan potensi obat berbasis mRNA, Moderna memerlukan infrastruktur IT yang mendukung komputasi bertenaga dan dapat diskalakan serta otomatisasi juga integrasi data di seluruh korporasi.

Dengan mempertimbangkan tujuan ini, Moderna mulai menggunakan Amazon Web Services (AWS) Cloud lebih awal, dan AWS merupakan komponen inti yang menggerakkan proses riset, pengembangan, dan produksi obat-obatan perusahaan. Di AWS Cloud, Moderna memiliki semua yang diperlukan untuk mencapai strategi IT berdasarkan komputasi performa tinggi, integrasi data, analitik yang andal, otomatisasi lab dan proses produksi, serta kepatuhan dengan undang-undang, aturan, dan regulasi yang berlaku. “Teknologi AWS—dikombinasikan dengan keterlibatan dan model hubungan AWS—tidak bisa ditandingi oleh penyedia cloud lainnya”, ungkap Marcello Damiani, Pejabat Digital Utama (Chief Digital Officer) di Moderna. “Dengan ukuran perusahaan kami yang kecil dan tujuan yang ambisius, AWS sangatlah penting bagi strategi digitalisasi kami.”

Kemampuan komputasi AWS Cloud yang tangguh dan fleksibel membantu Moderna memperoleh kecepatan, skalabilitas, dan biaya lebih rendah yang merupakan prinsip utama model bisnis mereka. Ilmuwan Moderna mulai mengembangkan obat mRNA dengan mengakses katalog online guna memilih protein sebagai titik awal rekayasa lebih lanjut. Katalog ini adalah bagian dari Drug Design Studio, atau DDS, Moderna—aplikasi web milik Moderna yang dikembangkan secara internal, di-host di AWS. DDS menggunakan algoritme komputasional untuk mengidentifikasi urutan mRNA yang optimal bagi efek medis tertentu.

Volume beban kerja ini beragam, jadi Moderna menggunakan Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) dengan Penskalaan Otomatis untuk menaikkan atau menurunkan instans baru sesuai kebutuhan. Dengan menggunakan Amazon EC2 Spot Instances, Moderna menghemat biaya sebanyak 90 persen dibandingkan untuk Instans Sesuai Permintaan. Dengan Instans Spot Amazon EC2, jika harga penawaran Moderna dikalahkan pengguna lain, instans akan mati tetapi tidak mengganggu beban kerja komputasional DDS karena dapat dijeda.

Aplikasi DDS mengirim tugas komputasi ke layanan mikro master klaster yang menggunakan Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) untuk menyimpannya dan menempatkan data terkait setiap tugas di Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). Selanjutnya tugas dimasukkan ke Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS). Instans Amazon EC2 menarik tugas, memproses pekerjaan, dan menggunakan Amazon SQS untuk mengembalikan hasilnya ke master klaster, yang kemudian menggunakan Amazon SQS dan Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS) untuk menginformasikan aplikasi DDS bahwa pekerjaan sudah selesai. Setelah urutan konstruksi mRNA tertentu ditempatkan, datanya akan dikirimkan ke fasilitas produksi praklinis Moderna untuk diproduksi. Fasilitas ini, dengan otomatisasi tinggi untuk throughput yang tinggi, dapat menciptakan sebanyak 1.000 konstruksi setiap bulan. Moderna atau partner mereka kemudian dapat mengevaluasi konstruksi melalui studi praklinis, atau hewan, untuk melihat apakah konstruksi ini dapat dijadikan kandidat pengembangan dan dilanjutkan ke tahap klinis.

Guna memproduksi terapeutik dan vaksin mRNA untuk digunakan dalam studi manusia, Moderna mengonstruksi fasilitas Good Manufacturing Practices (GMP) seluas 18.581 meter persegi yang beroperasi pada tahun 2018. Kualitas, rantai suplai, dan proses GMP di fasilitas ini didukung oleh lingkungan IT GxP yang dibangun Moderna di AWS Cloud yang memungkinkan integrasi sepenuhnya ekosistem aplikasi. Landasan ekosistem ini adalah SAP S/4HANA ERP, yang menggunakan layanan AWS untuk terhubung dengan instrumen produksi, robotika, dan sistem integral lainnya seperti LabVantage Laboratory Information Management System (LIMS), Emerson Syncade Manufacturing Execution System (MES), dan solusi riwayat data OSIsoft PI.

Moderna juga menggunakan Amazon Redshift untuk penggudangan data yang lebih sederhana dan hemat biaya guna menghindari isolasi dan menetapkan sumber kebenaran tunggal bagi data perusahaan. Dengan Amazon Redshift sebagai repositori pusat, perusahaan dapat menangkap semua data sekaligus, dengan sedikit upaya manual, dan penggunaan alat ilmu data kecerdasan bisnis guna memberikan ilmuwan akses ke visualisasi informatif untuk membantu mereka menemukan korelasi, mengembangkan wawasan, dan membuat keputusan. Cadangan dimasukkan ke Amazon S3, yang sangat dapat diskalakan dan menawarkan 99,999999999 persen durabilitas tahunan, versioning, replikasi lintas wilayah, dan cadangan yang andal serta kemampuan pemulihan bencana.

Damiani berkata bahwa konsultan Layanan Profesional AWS dengan keahlian ilmu hayati sangatlah penting dalam membantu Moderna membangun lingkungan yang tervalidasi sepenuhnya ini di AWS Cloud. “Konsultan AWS membantu kami menyusun pendekatan kami untuk memvalidasi lingkungan ini dan menyediakan dokumentasi penting guna membantu kami melakukannya,” ia menjelaskan. “Dengan bantuan mereka, kami memperkenalkan sistem tervalidasi ke AWS Cloud yang belum pernah dimasukkan ke dalam cloud.”

Dengan mengandalkan AWS Cloud, Moderna dapat memangkas waktu yang diperlukan untuk mempercepat kandidat obat ke studi klinis, meningkatkan ketangkasan riset, pengembangan, dan proses produksi, serta memperoleh hasil—seperti vaksin kanker yang dipersonalisasi—yang tidak mungkin diciptakan bahkan beberapa tahun lalu.

Dengan infrastruktur IT mereka yang di-host di AWS Cloud, Moderna mencapai pengembangan obat praklinis yang luar biasa cepat. Misalnya, dari tujuh vaksin Moderna yang berada dalam tahap uji coba klinis, satu vaksin—untuk virus Zika—hanya memerlukan satu tahun untuk mencapai tahap tersebut. “Dengan kemampuan komputasi dan integrasi AWS, digabungkan dengan Drug Design Studi milik kami, para ilmuwan kami dapat memiliki ide terkait protein yang unik, memesannya secara online di hari tersebut, dan menjalankan eksperimen praklinis dalam waktu kurang dari satu bulan,” Damiani menjelaskan. “Dalam riset dan pengembangan obat tradisional, memerlukan waktu bertahun-tahun hanya untuk sampai di titik di mana Anda siap menjalankan studi praklinis, apalagi menguji obat Anda pada manusia.”

Menggunakan infrastruktur AWS juga membantu Moderna terhindar dari biaya pengembangan obat tradisional yang tinggi. “Mendapatkan daya komputasi yang kami miliki di AWS di pusat data kami sendiri akan memakan biaya jutaan dolar,” ungkap Johnson, yang menjelaskan bahwa infrastruktur AWS perusahaan dikelola oleh satu anggota staf saja. “Instans Spot Amazon EC2 menyediakan akses ke daya komputasi yang sangat besar dengan biaya yang masuk akal.”

Layanan AWS juga memudahkan Moderna untuk mencapai tujuannya dalam integrasi, perlindungan, dan kualitas data. “Perusahaan obat tradisional memiliki organisasi IT yang berjuang untuk menjaga kapasitas serta memaksa menyesuaikan cadangan dan solusi pemulihan bencana untuk teknologi warisan,” Damiani berkata. “Di AWS Cloud, kami tidak perlu khawatir tentang kapasitas, dan cadangan serta pemulihan kini jadi lebih sederhana.”

AWS juga membantu Moderna memfasilitasi kepatuhan GxP dengan lebih mudah dibandingkan yang dapat dilakukan di pusat data on-premise. “Proses validasi sangat dibantu tidak hanya oleh kontrol keamanan dan kemampuan isolasi AWS, tetapi juga oleh bantuan konsultan AWS,” ujar Johnson. “Kami merasa bersyukur dapat bekerja dengan personel AWS yang tidak hanya memahami teknologi, tetapi juga memiliki pengalaman regulasi yang andal serta sangat memahami industri kami.”

Damiani mengungkapkan AWS Cloud adalah kunci dari fleksibilitas dan ketangkasan yang membantu Moderna mencapai begitu banyak hal dalam waktu yang sangat singkat. “AWS adalah platform inovasi yang hebat karena memudahkan kami untuk mencoba hal baru dan melihatnya bekerja untuk Anda,” ungkap Damiani. “Menggunakan AWS telah menjadi alat penting untuk membantu kami tumbuh dengan cepat menjadi perusahaan biotek dengan 550 karyawan dan 16 obat dalam alur kami. Dan segera, kami akan memiliki kemampuan untuk memproduksi obat mRNA yang disesuaikan dengan tanda genetik individual pasien. Ini menunjukkan kepada Anda kekuatan AWS Cloud dan kegunaan AWS yang kami manfaatkan sebagai bagian dari strategi digitalisasi serta untuk memajukan bisnis kami.”