活用事例

様々な業界で活用されている事例を紹介いたします。

【物理化学的特性の計算と登録の自動化】化合物評価を完全自動化し、化学者にタイムリーに情報を提供する

  • 2020.6.22
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    イタリアのパルマに本社を置くChiesi Farmaceuticiは、製薬業界で85年の経験を持ち、29カ国でグローバルに事業を展開している国際的な研究に特化したヘルスケアグループ(Chiesi Group)です。

    Chiesi Groupは、呼吸器治療薬、専門医、新生児学、希少疾患の分野で革新的な医薬品の研究、開発、販売を行っており、約6,000人の従業員を擁しています。研究開発組織はパルマ(イタリア)に本社を置き、フランス、米国、英国、スウェーデンの研究開発センターと統合され、Chiesi社の前臨床、臨床、登録プログラムを推進しています。Chiesiグループは、ベネフィット企業として認定されています。

     

    化学者にタイムリーに情報を提供する

    許容可能な生物学的活性と適切な物理化学的プロファイルを組み合わせた薬剤候補の開発は、重要な課題です。したがって、創薬プロセスにおいて、物理化学的特性は化合物の特性評価のための重要なパラメータです。

    新薬候補の探索において、化学者は、多数の化合物に関連する生物活性や物理化学的特性などのデータを日常的に評価します。これは、最も有望な化合物に優先順位をつけて、さらなる最適化や研究を行い、他の化合物を廃棄するためのものです。

    本ワークフローは、化合物が溶解度、pKa、リピンスキー基準などの望ましい物理化学的特性を有しているかどうかを評価するのに役立ちます。

    このプロジェクトの目的は、すべての薬用化学者に必要不可欠な情報をタイムリーに提供することでした。MedChemや計算化学者だけでなく、約100人の化学者全員が、発見プロセスの様々な段階でこれらの計算された特性から恩恵を受けています。

    このプロジェクトの具体的な要件としては、以下のようなものがありました。

     

    • ACD/Labs Perceptaで計算された物理化学的特性を企業データベースに統合する
    • 計算されたプロパティと化合物の官能基との関連付けを簡単にするために、pKa値のためのユーザーフレンドリーなデータ可視化フォーマットを実装する
    • 人手を介さずにプロセス全体を自動化する(ワークフローが成功した場合はメールでお知らせする)
    • ワークフローを一日一回、夜間に実行する
    • 新しく登録された(物理化学的特性が計算されていない)分子を専用のORACLE™ビューから抽出する
    • ACD/Labs Perceptaとインタラクトして物理化学的特性を計算する
    • 計算結果を解析し、企業データベースにアップロードする
    • アノテーションされた構造をPNG画像でレンダリングし、企業データベースにアップロードする

     

    化合物評価の完全自動化

    化合物が望ましい物理化学的特性を持っているかどうかを化学者が評価するのに役立つように、KNIMEワークフローを開発しました。プロパティ計算のための商用プログラム(ACD/Labs Percepta)は、KNIME Analytics PlatformおよびKNIME Serverと連携しており、会社のデータベースに登録されたすべての新規化学物質について、この手順を完全に自動化しています。KNIME Server上に展開されたKNIMEワークフローは、所定の時間に自動的に実行され、結果はChiesi独自の企業DBに保存されます。


    プロジェクトは、ACD/Labs Percepta(バッチモジュール)がコマンドライン経由で必要なすべてのプロパティを計算し、その結果が標準的なKNIMEノード(特にSDF ReaderとCSV Reader)と互換性があることを確認することから始まりました。次に、分子構造のセットを公開構造データベースから受け取り、ほとんどの計算問題をカバーするのに十分なプロパティ計算を設定するために使用しました。

    次に、ORACLE™ビューからの入力テーブルの構造フォーマット(分子のSDFまたはSMILESフォーマット、識別子、主キー、その他のフィールド)、およびORACLE™テーブルに書き込む出力フォーマット(テーブル名、フィールド名とタイプ、アクセサリカラム)が定義されました。

     

    ワークフローの構成は次のようになります。

    • 本番環境と同様のORACLE™テーブルを構築し、読み込みと書き込み/更新を行う
    • SMILES構造体をエクスポートし、SDFファイルを変換して書き込み、External Toolノードを使用して最後の1つを読み込むように外部アプリケーションに指示する
    • 出力ファイル(CSVとSDF)を収集する
    • 分子テーブルに登録される単一タイプのプロパティ(LogP、LogD、LogS at pH 7.4)、適切なテーブルに登録される複数タイプのプロパティ(pKa値)、およびlogfile.txtとしてアーカイブされる警告メッセージの間でデータを分割する(すべてCSVリーダー出力を使用して)
    • SDF構造内のpKa値に注釈を付け、PNGイメージとしてレンダリングし、3つ目のテーブルにバイナリオブジェクトとしてロードする
    • KNIME Serverを使用して自動的に管理者にメールを送信する(すべてが正常であると仮定して)

     

    プロジェクトの結果

    このプロジェクトでは、4年以上の時間枠の中で約50,000種類の化合物が計算され、問題や介入なしに特性が得られました。KNIMEがもたらした最大のインパクトは、化学者がオンデマンドで特性を計算する必要がなくなったことであり、その結果、顧客満足度も大幅に向上しました。

    最大の教訓は、統合と自動化を使って現実のビジネスケースを解決することで、生産性とユーザーエクスペリエンスが向上したことです。

     

    なぜ「KNIME」を選ぶのか?

    プロジェクトを開始する前に、2つの重要な機能が必要でした。

    一つ目はORACLE™データベースとの対話(読み取り、書き込み、更新のパーミッション)機能です。

    2つ目はサードパーティ製ソフトウェア(ACD/Labs Percepta Batch)とコマンドラインでやりとりできる機能です。KNIME Analytics Platformはこれら2つのことを可能にしてくれました。



    まず最初に、フリーでオープンソースのKNIME Analytics Platformが重要な役割を果たしました。オープンソースソフトウェアが持つコスト面での大きなメリットと、すでにKNIMEを使用していた多くのKNIME支持者がいたからです。KNIME Analytics Platformの受け入れが広がれば、KNIME Serverのライセンス取得ははるかに簡単になりました。

    さらに、KNIME Serverの採用は、異なる部門間で他のユースケースを解決する可能性があるということで推進されました。

     

    この活用事例は、KNIME社の信頼できるパートナーであるS-IN Soluzioni Informatiche社と共同で執筆されたものです。

     

    原文:https://www.knime.com/automation-physico-chemical-properties-calculation-and-registration-using-knime

     

    KNIME は無料でダウンロードが可能です。
    ぜひお試しください。

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