E4 Computer Engineering: Supercalcolo e HPC a servizio della drug discovery di Dompé farmaceutici

redazione

Quando si parla di ricerca scientifica il tempo gioca un ruolo fondamentale. Che si tratti di affrontare una nuova emergenza pandemica, o di trovare forme di cura alternative per malattie note da tempo, poter contare su una piattaforma di calcolo performante, in grado di accelerare i processi di ricerca e sviluppo ha un valore inestimabile. Per questo, Dompé farmaceutici, azienda leader nel settore della ricerca e produzione di farmaci, ha scelto E4 Computer Engineering per la realizzazione di una piattaforma ad alte prestazioni, che ha permesso di ridurre di un ordine di grandezza i tempi di rilascio dei farmaci.

I metodi computazionali vengono impiegati da tempo nel processo di scoperta di farmaci. Dompé ha colto il potenziale della bioinformatica sviluppando Exscalate, una piattaforma di screening virtuale realizzata in collaborazione con il CINECA (Consorzio Interuniversitario per il Calcolo Automatico dell’Italia Nord Orientale) e il Politecnico di Milano e attualmente una delle più potenti piattaforme di supercalcolo e intelligenza artificiale al mondo. E4 ha supportato Dompé nell’evoluzione della piattaforma, contribuendo a creare un sistema di calcolo ad altissime prestazioni, in grado di simulare le reazioni di trilioni di molecole selezionate da reagenti reali e descritte su più dimensioni, su cui vengono operate tutte le possibili combinazioni chimiche, identificando le strutture e il componente funzionale così da memorizzare stabilmente tutte le caratteristiche all’interno del database.

Il tutto viene reso possibile operando all’interno di uno spazio chimico (TCS, Tangible Chemical Space) che consente la manipolazione e il confronto dei dati raccolti costantemente. Quando in una fase successiva si andrà a cercare una specifica molecola perché ritenuta potenzialmente efficace rispetto a una determinata malattia, si potrà individuare direttamente il gruppo funzionale su cui lavorare. Si possono così trovare sia dei composti completamente nuovi, sia verificare se una molecola già esistente abbia la capacità terapeutica su malattie diverse rispetto a quelle per cui attualmente viene utilizzata.

Oggi è infatti molto importante rilevare il possibile riposizionamento dei farmaci rispetto al target terapeutico originale. Un esempio concreto riguarda il Covid, che oltre a essere oggetto di ricerca diretta per nuovi farmaci specifici, ha visto anche l’efficacia di medicine già esistenti che sono state inserite in un protocollo di cura perché capaci di aggredirlo, nonostante fossero state inizialmente prodotte per patologie diverse.

“La sfida che Dompé si è trovata ad affrontare riguardava la costruzione di un sistema in grado di gestire agilmente le enormi quantità di informazioni indispensabili a rendere efficace il processo di drug discovery”, spiega Anna Fava, Senior Software Engineer di Dompé farmaceutici. “L’obiettivo finale era garantire risultati rapidi in una libreria di trilioni di potenziali strutture chimiche. I database tradizionali non erano in grado di fornire risposte valide in termini di dimensioni, prestazioni e requisiti, abbiamo perciò deciso di creare in-house una piattaforma dedicata con il supporto di E4 Computer Engineering, raggiungendo risultati ad oggi all’avanguardia”.

Quando Dompé ha avuto la necessità di potenziare la propria piattaforma Exscalate ha avviato – insieme agli specialisti di E4 Computer Engineering – una fase di studio, durata circa due anni, prima che la nuova versione di TCS (Tangible Chemical Space) andasse in produzione. La capacità di calcolo della nuova piattaforma ha pochi eguali sul mercato: abbinato al sistema di docking molecolare LiGen permette di testare trilioni di molecole rispetto a reagenti specifici e studiarne le reazioni. Da questa fase di sperimentazione in silico è possibile ottenere grandi quantità di informazioni strutturate che consentono di orientare i passaggi successivi della ricerca, rendendoli molto più rapidi. Il processo completo per il rilascio di un nuovo farmaco grazie a E4 Computer Engineering è accelerato così dell’80%

“L’HPC trova una delle sue applicazioni più significative nel campo della ricerca medica, per la sua capacità di offrire prestazioni costantemente elevate. Quando si parla di farmaci, i vantaggi che può contribuire a raggiungere sono davvero sotto gli occhi di tutti”, aggiunge Cosimo Gianfreda, CEO di E4. “Da tempo collaboriamo con Dompé, ed è motivo di particolare orgoglio per noi aver supportato in questo progetto di particolare valore un’azienda che rappresenta un’eccellenza italiana assoluta nel campo della ricerca, a migliorare drasticamente le sue performance a beneficio di tutti.”