artificial intelligence drugs

Artificial Intelligence for new drugs discovery

Biomedical science innovation based on AI technology is the long-awaited opportunity for achieving higher effectivity in this industry. New drug development through R&D innovation in a shorter time and at a lower cost is the Holy Grail of the biopharmaceutical industry.

Scientific innovation not only involves finding the molecular mechanism of a disease but also the development of new drugs for the cure, palliation or prevention of diseases.

Innovation in the pharmaceutical industry costs over 2.400,00 million euros, according to Farmaindustria. On the other hand, R&D global investment in the pharmaceutical sector accounts for 30.000,00 million, only in Europe and these figures hikes to 142.000,00 euros worldwide.

From this amount, 57% goes to design, development and clinical tests evaluation phases. The remaining 40% goes to basic research, approval processes and pharmacovigilance.

According to data provided by Biopharmaceutical representatives, developing a new medicine takes about 12 to 13 years from its discovery to its clinical use in patients. However, only a few molecules reach the commercialization phase. Many are left behind along the phases of the drug development process.

It´s precisely in drug targeting discovery and designs that AI-based techniques have cut downtime by half and costs by 25% in the production of new drugs.

Currently, the Spanish biopharmaceutical, Sylentis, has implemented a software based on Neural Networks, SVM and Machine Learning to gather, filter and reinterpret experimental data generated by the pharmaceutical industry. This allows them to enhance and develop the drugs thanks to a  software that trains to generate thousands of specific compounds to deal with a disease in a matter of a few days. The pharmaceutical company reduces the expensive and time- consuming task of candidate´s selection from years to only a few days.

AI for personalized drugs.

A survey conducted by Deloitte and MIT Sloan Management Review last June found out that only 20 % of biopharmaceutical companies are digitally mature enough, and the lack of a clear vision, leadership and financing are slowing down companies´ growth.

According to MarketsandMarkets, AI´s demand in the biopharmaceutical industry is expected to grow from US$ 198.3 million in 2018 to US$ 3.88 billion in 2025.

The four projected areas to drive most of the AI market forward in biopharmacy between 2018 and 2025: drugs discovery, precision medicine, diagnostic imaging and medical diagnosis and research. The report says drugs´ discovery reached a larger market share during the survey period.

These areas that go from the target candidate molecules selection to the production of the new drug provides a unique opportunity to speed up drugs development. The potential improvement of the process includes:

  • Process redesign to speed up new molecules discovery time and is based on expert knowledge.
  • Digitalization of repetitive processes automation and generation of new content and data.
  • Advanced analytics incorporating internal and external sources. Here new predictive model would be included.

A key role for AI algorithms is molecules interaction forecasting to find the disease mechanisms. In turn, these mechanisms could help setting new biomarkers to identify, design, validate and optimize new drugs candidate target and identify existing drugs that could be reused for other indications

 

artificial intelligence drugs

Inteligencia Artificial para descubrir nuevos fármacos

Las innovaciones en las ciencias biomédicas que están basadas en tecnología, son la esperada oportunidad de esta industria para ser más efectivos. El desarrollo de nuevos fármacos a través de la innovación en I+D que puedan completarse en menos tiempo y con menos costes, es el Santo Grial de la industria biofarmacéutica.

La innovación científica no solo trata de averiguar los mecanismos por los que se manifiesta una u otra enfermedad; sino que, además, se corresponde con la consecución de nuevas drogas que permitan evitar, paliar o curar una determinada dolencia.

Los costes que soporta la industria farmacéutica innovadora suponen más de 2400 millones de euros según Farmaindustria. Por otra parte, la inversión global en I+D en las farmacéuticas supone 30000 millones, solo en Europa. La cifra a nivel mundial sube hasta los 142000 millones de euros.

De estos datos, más del 57% se destina al diseño, desarrollo y evaluación de ensayos clínicos en sus 3 fases. La cantidad restante, 40%, se destina a la investigación básica, procesos de aprobación y farmacovigilancia.

Siguiendo los datos derivados de la patronal de las farmacéuticas innovadoras, se tarda un total de entre 12-13 años en desarrollar y llevar a un paciente un nuevo medicamento. Pero no todas las moléculas llegan a la fase de comercialización; muchas se quedan en el tintero en las diversas fases del desarrollo del fármaco.

Es en la parte de descubrimiento de dianas y el diseño de fármacos en las que la implementación de técnicas de Inteligencia Artificial ayuda a reducir tiempos hasta la mitad y por tanto, un ahorro de costes en la producción de nuevos medicamentos de hasta un 25%.

Actualmente, una biofarmacéutica española, Sylentis, ha implementado un software (siRFINDER) que emplea algoritmos basados en redes neuronales, SVM y machine learning para recoger, depurar y reinterpretar los datos experimentales generados por la farmacéutica. Esto les permite potenciar y desarrollar fármacos gracias a que el software les capacita para generar miles de compuestos específicos para tratar una enfermedad en cuestión de días. La farmacéutica reduce así los costosos y laboriosos trabajos de selección de candidatos, que suelen tardar años, en apenas unos días.

IA para los fármacos personalizados

Una encuesta realizada en junio por Deloitte y MIT Sloan Management Review encontró que solo el 20 por ciento de las compañías biofarmacéuticas son digitalmente maduras, y que la falta de visión clara, liderazgo y financiamiento están frenando a las compañías.

Según MarketsandMarkets, se espera que el mercado de la IA en la industria biofarmacéutica aumente de 198.3 millones de dólares en 2018 a 3.88 mil millones en 2025.

Las cuatro áreas proyectadas para impulsar la mayor parte del mercado de la IA en biofarmacia entre 2018 y 2025 incluyen: descubrimiento de medicamentos, medicina de precisión, diagnóstico por imágenes y diagnóstico médico e investigación. Según el informe, el descubrimiento de fármacos representó el mayor tamaño del mercado durante el período de estudio.

Existe un área que va desde la creación de moléculas candidatas hasta la producción del nuevo fármaco, que presenta una oportunidad única para el desarrollo acelerado de dichos fármacos. Las mejoras potenciales del proceso incluyen lo siguiente:

  • Rediseño de los procesos que mejoran la velocidad en el descubrimiento de nuevas moléculas y está basado en el conocimiento experto.
  • Digitalización que permita la automatización de procesos repetitivos a la vez que la generación de nuevos contenidos y nuevos datos.
  • Advanced analytics incorporando fuentes internas y externas. Aquí se incluirían los modelos predictivos.

Un papel clave para los algoritmos de IA es predecir las interacciones entre las moléculas para así, comprender los mecanismos de la enfermedad. Estos mecanismos a su vez, podrían ayudar a establecer nuevos biomarcadores; identificar, diseñar, validar y optimizar nuevos candidatos a fármacos; e identificar medicamentos existentes que podrían ser reutilizados para otras indicaciones.

 

 

Foto Louis Reed Unsplash

siRFINDER, algorithms to identify target molecules

Grupo AIA has developed siRFINDER, a Machine Learning based software of siRNA molecules which has been successfully implanted by Sylentis, subsidiary of group Pharmarmar.

This software, co-financed by CDTI, is aimed at strengthening drug development based on RNA interference therapy. This tool developed by different Machine Learning algorithms is designed to generate thousands of specific compounds for disease treatment taking advantage of the ARN Interference technology (ARNi). This biomolecular technology enables silencing genes responsible for producing protein associated to specific diseases. Through this ARN interference technology, it is possible to prevent genes from developing as disease.

In a first phase of the project, the algorithms were performed for the selection of the best candidates in terms of their thermodynamic properties, possible body immune response, possible negative effects on the genes and possible modifications or mutations of the target gene. Consequently, we would know which molecules from all the siRNA molecules are the most effective for specific pathologies.

Reducing the number of molecules for further research and development, the time required is reduced by half, which enables Sylentis to develop innovative drugs in a shorter time and lower cost for the pharmaceutical company.

Among the main benefits for Sylentis is that siRFINDER maintains confidentiality of the targets and flow of information during the whole process, because the algorithms collect, clean and reinterpret the data generated by Sylentis describing the expected metrics the siRNA candidates must meet.

Grupo AIA and Sylentis will continue with the following phase of the siRFINDER Project which consists on developing an autolearning system designed to adapt it to the type of tissue it is addressed to.