Technologie

Grundlage unserer Technologie ist ein mechanistischer, systembiologischer Ansatz, bei dem Tausende biochemische Reaktionen von Zellen mathematisch abgebildet werden und miteinander zu computergestützten Netzwerkmodellen, den Insilico Cells™, verknüpft werden. Das Spektrum der berücksichtigten Pathways umfasst dabei sowohl Stoffwechsel- wie auch Genregulations- und Signaltransduktionsreaktionen.

Nach kundenspezifischer Anpassung und Verifikation der Insilico Cells™ durch Implementation von Messdaten unserer Kunden können dank High Performance Computing und firmeneigener Software systematisch verschiedenste zellulärer Szenarien durchgespielt werden. Dies erlaubt die Quantifizierung und die Vorhersage zu erwartender Effekte sowohl in Bezug auf Variationen des genetischen Hintergrundes als auch in Bezug auf Änderungen der Außeneinflüsse wie z. B. Nährstoff- oder Medikamentenkonzentrationen, die auf die Zellen einwirken. Hierdurch können zu erwartende erwünschte und unerwünschte Effekte gegeneinander abgewogen werden und entsprechende Empfehlungen durch Insilico ausgesprochen werden.

Für Anwendungen im Bereich der Medikamentenentwickung können die Insilico Cells™ zu dreidimensionalen Organ- und Ganzkörpermodellen verschaltet werden, so dass Datensätze aus verschiedenen Skalenbereichen eingebunden werden können.

Neben der für Kunden lizensierbaren Softwareanwendungen Insilico Inspector™ und Insilico Discovery™ nutzt Insilico weitere Plattformen, Datenbanken und High-End-Computerarchitekturen zur Simulation biologischer Reaktionen.

Insilico-Simulations-Plattform Verlassen Sie sich auf eine reichhaltige Toolbox für eine Vielzahl von Simulationsanwendungen

Abgesehen von den Simulationsmodulen, die in Insilico Discovery™ implementiert sind, wie z.B. Flussanalysen und dynamische Simulationen differenzial-algebraischer Systeme, verfügt die Insilico-Simulationsplattform über weitere Simulationstools (Auswahl):

Das Genmodifikationstool erlaubt dem User das Screenen von Millionen von Kombinationen von bis zu zehn verschiedenen Genen hinsichtlich einer Steigerung des Produkttiters und der Produktivität. Dieses Tool berücksichtigt nicht nur den Einfluss von Genmodifikationen auf die Produktbildung sondern ebenso seinen Einfluss auf das Zellwachstum und die Bildung von Nebenprodukten, was somit eine zielorientierte, rationale Entwicklung von Produktionsstämmen ermöglicht.

Das Tool zur Anpassung von Medienzusammensetzungen und Fütterungsstrategien ermöglicht die Identifikation von Über- und Unterfütterungsszenarien bereits vor dem Start einer Fermentation. Hierdurch kann wertvolle Prozessentwicklungszeit gespart werden.

Mithilfe des Pathway-Screening-Tool ist es möglich, neue oder alternative biochemische Pathways parallel zu simulieren. Hierfür berücksichtigt das Tool mehr als 8.000 biochemische Reaktionen aus Insilicos Reaktionsdatenbank. Außerdem ist das Tool in der Lage, neue Reaktionen mit Ähnlichkeiten zu bekannten Reaktionen zu integrieren. Dadurch kann der Aufwand, der benötigt wird, um eine Wirtszelle zur Produktion eines neuen Produktes bringen, vorhergesagt werden. Somit können die Potenziale und Risiken eines neuen Projektes eingeschätzt werden, und neues geistiges Eigentum kann geschaffen werden.

Das Tool zur Simulation stratifizierter lokaler und systemischer Medikamenteneffekte erlaubt die Kalkulation der biologischen Verfügbarkeit, der Wirksamkeit und des toxikologischen Risikos von Medikamenten. Unterschiedliche Muster der Enzymexpression bei verschiedenen Patientensubpopulationen können hierbei berücksichtigt werden. Die zu erwartende In-vivo-Toxizität kann anhand in das Modell integrierter In-vitro-Daten abgeschätzt werden.

Durch direkte Kopplung von Insilicos Simulationsplattform mit Insilicos Optimierungsplattform wird ein hoher Grad an Automatisierung und somit Beschleunigung des Arbeitsprozesses erreicht.

Insilico-Optimierungsplattform Finden Sie die optimale Entwicklungsstrategie schnell und zuverlässig

Insilicos Optimierungsplattform ist in der Lage, sowohl (i) konvexe als auch (ii) nicht-lineare, nicht-konvexe Optimierungsprobleme unter Einhaltung hoher industrieller Standards zu lösen.

Im Bereich der konvexen Optimierung wenden wir z. B. lineare Optimierung für die Flussbalanceanalyse (FBA) und quadratische Optimierung für die Minimisation of Metabolic Adjustment (MOMA) an.

Im Bereich der nicht-linearen, nicht-konvexen Optimierung nutzen wir eine parallele openMPI-Version von pCMAlib, einer FORTRAN-Bibliothek für die Kovarianzmatrix-Adaptation-Evolutionsstrategie (CMA-ES).

Diese Höchstleistungs-Optimierungsplattform erlaubt Insilicos Experten, Clusterressourcen effizient zu nutzen und Optimierungsprobleme mit bis zu einigen tausend Parametern zu lösen. Ihre Skalierbarkeit ermöglicht es dem Nutzer, mühelos zusätzliche Ressourcen anzufordern, wenn die Optimierungsprobleme größer werden und Optima schwieriger zu finden sind.

Insilico nutzt seine Höchstleistungs-Optimierungsplattform zur Identifikation der Parameter dynamischer Netzwerkmodelle, zur Ermittlung optimaler Feedzusammensetzungen und Fütterungsstrategien, zur Identifikation intrazellulärer Flussverteilungen anhand von 13C-Experimenten sowie für eine Vielzahl weiterer Anwendungen.

Insilico-Datenbanken Berücksichtigen Sie mehr als 8.000 biochemische Reaktionen zugleich

Insilico bietet seinen Kunden gebrauchsfertige Netzwerkmodelle für mehr als 20 mikrobielle, Säuger- und Insektenzelllinien. Über 2.000 biochemische Substanzen können aus einer zentralen Komponenten-Datenbank in die Modelle implementiert werden. Diese Substanzen wiederum sind in mehr als 5.000 enzymatische und mehr als 3.000 nicht-enzymatische Reaktionen aus über 60 verschiedenen Organismen involviert, die in Insilicos Reaktionsdatenbank gelistet sind. Diese Datenbanken werden stetig erweitert und aktualisiert und bilden die Basis für Insilicos Portfolio an Modellierungs- und Simulations-Services.

Insilico High Performance Computing Nutzen Sie Europas schnellsten zivilen Computer für Ihre Fragestellungen

Eine deutliche Herabsetzung der benötigten Rechenzeit trägt wesentlich dazu bei, die Zeit bis zur Markteinführung in verschiedensten Entwicklungsprozessen zu verkürzen. Insilico führt Simulationen und Optimierungen von hochgradiger Komplexität durch, die Rechenkapazitäten weit jenseits der eines handelsüblichen PCs erfordern. Daher nutzt Insilico mithilfe seiner firmeneigenen Softwaretools Höchstleistungs-Computercluster.

Mit dem Zugriff auf Europas schnellsten zivilen Computer "Hermit" ist Insilico in die Dimension des Petaflop-Computing vorgedrungen, d.h. pro Sekunde können über eine Billiarde Rechenoperationen ausgeführt werden. Dies ist insbesondere für das Design innovativer Ganzkörper-Modelle höchst nutzbringend. Dank seiner massiv parallelen Architektur eignet sich der neue Computer ideal für die gleichzeitige Simulation vieler verschiedener Zellen, ohne dass störende Load Peaks auftreten.

Die nahtlose Interoperabilität von Insilicos Simulationssoftware Insilico Discovery™ und Insilicos paralleler Optimierungsplattform ermöglicht es unseren Kunden, die Rechenkapazitäten von Hochleistungscomputern über eine leicht zu bedienende graphische Benutzeroberfläche zu nutzen. Die objektorientierte Repräsentation eines zellulären Netzwerkmodells in Insilico Discovery™ wird automatisch in FORTRAN-Code übersetzt. Dieser FORTRAN-Code wird dann zum Supercomputer transferiert, kompiliert und auf dem Supercomputer gestartet. In Abhängigkeit von der Komplexität der Optimierung wird eine angemessene Menge an Rechenressourcen für eine angemessene Zeit zugeteilt. Während der Optimierung können jederzeit Zwischenergebnisse angesehen werden. Das finale Ergebnis wird zurück zum User transferiert und in die objektorientierte Repräsentation des zellulären Netzwerkmodells übersetzt. Dieser komplett automatisierte Optimierungs-Workflow ermöglicht Usern die Nutzung von Supercomputer-Ressourcen, ohne sich um komplexe technische Details kümmern zu müssen.