Wie Datenmanagement-Plattformen die Forschung effizienter machen können
Daten verarbeiten, interpretieren und nutzen
Der Autor dieses Artikels erläutert, was eine digitale Datenmanagement-Plattform in der Forschung können sollte.
Forschung ohne digitale Unterstützung, insbesondere in Gestalt entsprechender Software, wäre heute kaum noch denkbar, gerade im Life-Sciences- und medizinischen Bereich.
Präzision, Zuverlässigkeit und Effizienz – darum geht es in nahezu allen Bereichen in Laboratorien, nicht nur beim Umgang mit sensiblen Flüssigkeiten bzw. medizinischen Proben. Hier ist die Automatisierung im Zusammenspiel mit digitalen Lösungen von besonderem Nutzen. Zum Beispiel bei der Vorbereitung einer Probenplatte als Voraussetzung für ein Screening mit hohem Durchsatz: Dank leistungsfähiger Robotik können hohe Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kostenreduzierung erreicht werden. Und mit Hilfe geeigneter digitaler Werkzeuge lassen sich heutzutage Arbeitsabläufe im Labor so weit optimieren, dass sich höhere Effizienz und damit deutlich schneller Ergebnisse z. B. in der pharmazeutischen Forschung erzielen lassen.
Hier ist ein umfassendes digitales Set-up die Basis für maximal effektive Arbeitsabläufe, was insbesondere eine enge und intensive Kollaboration der einzelnen Teams einschließt. Es erlaubt ein orchestriertes Probenmanagement und sichert damit strukturiertes und zielführend aufbereitetes Datenmaterial. Je anspruchsvoller die Lösung, desto überzeugender die Resultate – von einer maximalen Ergebniskonsistenz dank standardisierter Prozesse und Templates über eine Beschleunigung aller relevanten Vorgänge bis hin zu der Möglichkeit, die Wertschöpfung zu maximieren, indem Mitarbeitenden die Gelegenheit gegeben wird, ihre Potenziale entsprechend zu fokussieren.
Datenflut bewältigen
In erster Linie braucht es eine leistungsfähige Plattform in Verbindung mit der entsprechenden Software. Damit lässt sich die maßgebliche Herausforderung im Laboralltag bewältigen – der Umgang mit immer mehr digitalen Informationen. Von Datenintegration über die Sicherung der Datenqualität bis hin zum Einsatz von Machine Learning und KI: Bei der Suche nach innovativen Wirkstoffen und der Entwicklung neuer Arzneimittel sind Zugriffsmöglichkeiten auf und Verfügbarkeit von Daten in großer Menge entscheidend.
So müssen für die Entdeckung neuer Moleküle, Proteine oder Gene große Informationsmengen unterschiedlichster Herkunft verarbeitet werden. Die Analyse identifiziert jene chemischen und biomolekularen Forschungsdaten, die für eine Wirkstoff- oder Arzneimittelentwicklung relevant sind. Die eingesetzten Softwarelösungen spielen hier eine zentrale Rolle: Sie wandeln große Datensätze in gut strukturierte Informationen um, versehen sie mit Anmerkungen und ermöglichen fortgeschrittene Datenvisualisierungen. Dabei muss die Lösung auch gängige Formate wie SAR-Tabellen (SAR: Structure-Activity Relationship) erstellen und bearbeiten können.
Die Mitarbeitenden in den Laboren brauchen einen möglichst intuitiven Zugang, um ihre Daten zu evaluieren und Erkenntnisse zu gewinnen, die gerade für ihr Forschungsprojekt erforderlich sind. Ein Drilldown zu den relevanten Informationen sollte ebenso realisierbar sein wie die Kombination prognostizierter und experimenteller Daten für einen möglichst schnellen Zugriff.
Ganzheitliche Perspektive
Von besonderer Bedeutung insbesondere in der Wirkstoffforschung sind Screenings im Hochdurchsatz. Für solche Studien musste in der Vergangenheit noch manuell pipettiert werden. Mit Liquid-Handling-Automatisierungslösungen lassen sich solche Vorgänge entscheidend beschleunigen. Auch ist eine ganzheitliche Perspektive auf verschiedene Aspekte der Screenings und Assays möglich. Es geht um nichts Geringeres als einen ganzheitlichen End-to-End-Ansatz. Eine adäquate Lösung führt die Forschenden von Anfang bis Ende durch die verschiedenen Workflows. Die jeweils benötigten Daten können dank einer umfassenden Harmonisierung, Kommentierung und Strukturierung auch Wochen oder Jahre später leicht gefunden und neu ausgewertet werden.
Mehrere zweckbestimmte Komponenten
Eine solche Lösung, wie sie etwa Revvity Signals mit der Signals Research Suite anbietet, setzt sich idealerweise aus mehreren Komponenten zusammen. Eine davon dient als "Notizbuch" für das Labor, das Biologen und Chemikern die Zusammenarbeit ebenso erleichtert wie die Datenerfassung, -organisation und -untersuchung. Eine weitere Komponente dient zur Datenanalyse und Visualisierung aller Modalitäten, zur Assay-Entwicklung, für Assays mit niedrigem und hohem Durchsatz sowie In-vivo-Studien. Dadurch können Hit-Substanzen schneller bewertet sowie IC-Kurven (IC = Inhibitorische Konzentration), Kinetik und andere Ergebnisse besser grafisch dargestellt werden. Nicht zuletzt gehört eine spezifische Komponente für das Datenmanagementsystem und die Analyse unterschiedlicher Testtypen mittels fortgeschrittener Struktur-Wirkungs-Beziehungen (SAR) dazu. Das ganzheitliche System gewährleistet einen effizienten Zugang zu den Daten und die Analyse der Resultate des gesamten F&E-Lebenszyklus.
Noch bis vor Kurzem wurden Daten in der Arzneimittelforschung in selbstverwalteten Informatiksystemen erfasst – mit individueller isolierter Software für die einzelnen Teilbereiche des Gesamtprozesses. Dazu gehören medizinische Chemie ebenso wie Leadoptimierung, In-vitro-Assays, Zelllinienoptimierung, Prozessoptimierung von Biologika, In-vitro-Assays für Arzneimittelmetabolismus und Pharmakokinetik, kurz DMPK (Drug Metabolism and Pharmacokinetics) und schließlich auch pharmakokinetische Studien sowie Wirksamkeits- und Sicherheitsstudien an Tieren.
Die hiermit verbundenen Herausforderungen im Hinblick auf Datenintegration und -qualität, die Nutzung von State-of-the-Art-Technologien, Visualisierung und Kollaboration lassen sich am besten mit einer umfassenden IT-Plattform bewältigen. Für viele Beteiligte mag das einen echten Paradigmenwechsel bedeuten – für die Arbeit im Labor können solche Lösungen aber entscheidend für die Zukunftsfähigkeit sein.
AUTOR
Dr. Chris Stumpf
Spezialist Drug Discovery Informatics Solutions,
Marketing
Revvity Signals Software Inc., Waltham, MA USA
[email protected]
www.revvitysignals.com
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