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利用BIOVIA Pipeline Pilot进行生物制药研究
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利用BIOVIA Pipeline Pilot进行生物制药研究

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机器学习
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Pipeline Pilot

药物发现的数据科学和人工智能应用的演变

科学信息学和人工智能在药物发现和实验室开发中的发展是一个变革性的旅程,重塑了药物研究的格局。最初,药物发现严重依赖于费力的实验过程,受到高成本和长时间的限制。然而,数据科学和人工智能的融合使得利用所有数字捕获的数据成为可能,加速了科学创新和效率。

 

早期的应用是利用计算模型来模拟分子结构,预测相互作用,以及针对生物靶点的化合物的虚拟筛选。随着技术的进步,机器学习算法开始处理大量数据集,揭示生物、化学和临床信息中的复杂模式。这导致了药物-靶标相互作用,毒性预测和化合物优先级的预测模型的创建。

 

深度学习,特别是神经网络的出现,标志着一个重大的飞跃。这些先进的模型擅长于从不同的数据集中学习复杂的模式,促进潜在候选药物的识别,个性化医疗方法和临床试验的优化。此外,人工智能驱动的方法加速了先导优化,使设计更安全、更有效的药物成为可能。

 

深度学习和神经网络通过识别潜在候选药物、个性化医疗方法和优化临床试验,彻底改变了药物发现。这些模型已被用于预测分子性质和产生新的分子。例如,AlphaFold用于从氨基酸序列中预测蛋白质结构,准确度很高。信息传递神经网络(Message Passing Neural Network, MPNN)已被用于预测分子性质和生成新分子。人工智能驱动方法的使用加快了目标识别和先导优化阶段,使设计更安全、更有效的药物成为可能,同时减少了昂贵的实验费用,缩短了早期发现的时间。

 

目前,毫无疑问,数据科学和人工智能是各个药物发现阶段的必要工具。它们使研究人员能够快速分析大量的生物和化学数据,帮助目标验证、疾病机制阐明和药物再利用工作。这些技术将继续发展,未来精准医疗和个性化治疗将成为常态。数据科学、人工智能和制药研究之间的协同作用继续推动创新,为增强患者护理铺平了道路。

 

生物制药研究的商业数据科学工具

与开源解决方案相比,商业数据科学和管道工具为企业环境中的生物制药研究、药物发现和实验室开发提供了独特的优势。以下是他们如何脱颖而出的:

 

1.生物制药的专门功能:

商业工具通常配备了专门为生物制药研究的复杂性量身定制的功能。这些包括处理稀疏生物数据的功能,与实验室仪器的集成,符合行业法规,以及为药物设计的专门算法。

 

2.用户友好的低代码环境:

商业工具通常提供直观的图形用户界面(gui),非技术用户更容易访问。这种易用性使更广泛的团队成员,包括研究人员和分析人员,能够在没有广泛编程知识的情况下有效地利用这些工具。药物发现科学界的用户极大地受益于低代码环境,可以快速部署代码。

 

3.供应商支持和培训:

商业工具提供专门的客户支持和全面的培训资源。这种支持对于企业级操作是至关重要的,在企业级操作中,快速解决问题、新团队成员的入职和持续的帮助是必不可少的。

 

4.企业级解决方案:

这些工具通常设计用于满足大型企业的可伸缩性、安全性和协作需求。它们提供强大的解决方案,具有先进的安全功能、可扩展性选项,并支持不同团队之间的协作,确保在复杂环境中无缝操作。

 

5.法规遵从性和验证:

商业工具通常是根据生物制药等行业的法规要求开发的。它们可能提供有助于验证、文档和遵守严格监管标准的特性,这对于在高度监管的环境中使用企业至关重要。

 

6.集成生态系统:

商业工具可以提供集成生态系统的模块或附加组件,涵盖生物制药研究的各个方面,从数据处理和分析到报告和可视化。这种整合简化了工作流程,并确保了药物发现和开发不同阶段的兼容性。

 

7.跨发现和开发实验室集成工作流生态系统:

商业解决方案,如BIOVIA Pipeline Pilot,提供了在DMTA(开发-制造-测试-分析)周期中连接上游和下游工作流的能力。这不仅提高了效率,而且通过从计算机和实验室数据中提取更深入的见解来改善结果。它还可以在企业规模上实现人工智能的操作。

 

8.可预测的成本和许可:

虽然它们伴随着相关成本,但商业工具提供了可预测的定价结构和许可模型。对于企业来说,这种成本和许可的可预测性有利于预算和计划。

 

通常,企业可能会选择混合方法,利用商业工具和开源解决方案(如Python)来利用两者的优点,同时满足其特定需求。最终,商业工具和开源工具之间的选择通常取决于企业的特定需求、可用资源、法规遵从性需求以及所需的支持级别和可伸缩性等因素。

 

Python在药物研究中的应用

Python在编程领域的崛起可谓是昙花一现,尤其是在开发人员社区中。它从一个小众语言到成为世界上最流行的编程语言之一的旅程受到各种因素的推动,促进了它的广泛采用。

 

1.简单性和可读性:

Python的简单性和可读性是其成功的基础。它的语法简洁明了,类似于英语,即使是初学者也很容易理解。这一特点降低了编程新手的门槛。

 

2.多功能性:

Python的多功能性是无与伦比的。它迎合了广泛的应用,从web开发、数据分析、科学计算、机器学习、人工智能、自动化等等。这种适应性使其成为不同行业和领域的首选。

 

3.强大的生态系统:

Python拥有丰富而广泛的库和框架生态系统。像NumPy、Pandas、Matplotlib、TensorFlow、Scikit-learn和Django这样的库通过为各种目的(包括数据分析、机器学习和web开发)提供强大的工具,为它的流行做出了重大贡献。

 

4.开源和社区:

Python的开源特性培育了一个充满活力和包容性的社区。这种社区驱动的开发产生了丰富的资源、广泛的文档、大量用户贡献的包和活跃的论坛。这个支持系统在语言的演变和解决问题方面发挥了重要作用。

 

5.数据科学和人工智能的主导地位:

Python在数据科学和人工智能领域的崛起尤为明显。它的多功能性,加上为这些领域量身定制的专门库和框架,使其成为数据专业人员和研究人员的首选语言。

 

6.教育计划:

Python的简单性使其在教育机构中得到广泛采用。它通常是教授编程基础的首选语言,有助于扩大学生和教育工作者的用户基础。

 

Python的社区驱动开发、易用性、多功能性和强大的生态系统使其成为编程界的主导力量。它的持续增长和演变预示着Python将在未来继续成为基石语言,为不同行业和应用程序的创新提供动力。

 

商业工具和开源工具的比较

下表提供了一个高层次的比较,说明了商业工具(以BIOVIA为代表)和开源工具(如Python和R)在生物制药研究、药物发现和实验室开发方面的优势和局限性。这些工具之间的选择通常取决于特定的项目需求、可用资源以及所需的支持和定制级别。

 

Python与BIOVIA Pipeline Pilot的企业集成

Pipeline Pilot通过提供一个无缝的、专门的环境,在生物制药研究的背景下利用Python的功能,增强了Python在药物发现方面的有效性。以下是BIOVIA Pipeline Pilot如何增强Python的有效性:

 

1.统一环境:

BIOVIA Pipeline Pilot提供了一个统一的可视化环境,可以无缝地集成Python。这种集成允许研究人员在用户友好的界面中工作,同时利用Python广泛的库、工具和专门为药物发现量身定制的算法的强大功能。

 

2.专业组件:

BIOVIA Pipeline Pilot为生物制药研究提供专门的组件和模块。这些组件通常封装预先构建的Python脚本或功能,帮助研究人员在药物发现的各个阶段,从数据预处理到预测建模。

 

3.工作流编排:

该平台支持构建和编排包含Python脚本或基于Python的工具的复杂工作流。这允许简化数据处理、集成、分析和建模,优化药物发现管道。

 

4.定制和可扩展性:

BIOVIA Pipeline Pilot允许用户使用Python脚本或基于Python的模块定制和扩展功能。这种灵活性使研究人员能够定制分析,算法和工作流程,以解决药物发现中遇到的特定挑战。

 

5.协作和可再现性:

BIOVIA Pipeline Pilot提供了一个结构化的环境,Python脚本和工作流可以在团队之间共享、重用和标准化,从而促进了药物发现工作中的协作和可再现性。

 

6.合规和文档:

对于药物发现,遵守监管标准是至关重要的,BIOVIA Pipeline Pilot通过提供文档功能和确保基于python的过程和分析的可追溯性,帮助保持合规。

 

7.可扩展性和性能优化:

BIOVIA Pipeline Pilot优化了基于python的流程的可扩展性和性能。研究人员可以利用Python的计算效率,同时利用BIOVIA Pipeline Pilot的框架来处理大型数据集和计算密集型任务。

 

8.为药物发现实施人工智能提供了垂直和水平的领域特定功能,支持用户解决从化学信息学到序列分析,从图像分析到文档和文本搜索,从实验室信息学到机器学习和分析的挑战。

 

BIOVIA Pipeline Pilot作为未来生物制药研究解决方案的价值

虽然Python是一个强大的工具,但BIOVIA Pipeline Pilot提供了额外的独特优势,使其成为现在和未来生物制药,cro和CDMOs的最佳选择。

 

1.BIOVIA Pipeline Pilot是专门为科学研究而建造的,是生物制药行业药物发现和开发的理想选择。其特定于领域的功能迎合了该领域的复杂需求。

 

2.工作流自动化:

BIOVIA Pipeline Pilot提供无缝的工作流自动化环境,轻松简化复杂的科学数据管道。这种程度的自动化对于加速药物开发过程是必不可少的。

 

3.与实验室仪器集成:

在实验室环境中,与仪器连接和自动化数据收集和分析的能力至关重要。BIOVIA Pipeline Pilot在这方面表现出色,优化了cro和CDMOs的效率。

 

总之,BIOVIA Pipeline Pilot充当了科学家和Python用户之间合作的代理,通过提供针对生物制药中药物发现的独特挑战和要求量身定制的专用环境,提高了开源代码的有效性。这种集成将Python的健壮性与用户友好的界面结合在一起,简化了流程,并使研究人员能够更高效地推动药物发现的创新。

 

您有兴趣了解如何将Python与BIOVIA Pipeline Pilot集成吗?请观看BIOVIA高级工业工艺专家Phil Cochrane博士的视频。(请阅读原文)

 

作者简介:

 

文章详情:https://blog.3ds.com/brands/biovia/python-vs-commercial-solutions-for-deploying-ai-driven-drug-discovery/

 

公司简介:

北京泰科博思科技有限公司(Beijing Tech-Box S&T Co. Ltd.)成立于2007年,是国内领先的分子模拟及虚拟仿真综合解决方案提供商。

 

北京泰科博思科技有限公司与国际领先的模拟软件厂商、开发团队深入合作,为高校、科研院所和企业在材料、化工、药物、生命科学、环境、人工智能及数据挖掘、虚拟仿真教学等领域提供专业的整体解决方案。用户根据需要在我们的平台上高效的进行各种模拟实验,指导实际的生产设计。

 

北京泰科博思科技有限公司拥有一支一流的技术服务团队和资深的专家咨询团队,以客户真正需求出发,服务客户,为客户创造价值。我们秉承“职业、敬业、担当、拼搏、合作”的企业精神,致力于用国际领先的软件产品和专业全面的技术支持服务,成为客户可信赖的合作伙伴。 

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