Intel Mendukung Teknologi Pengobatan Presisi
Pengobatan presisi memberikan perawatan yang dipersonalisasi dan perawatan yang berpusat pada pasien untuk kelompok individu tertentu yang memiliki penanda, sifat, atau kondisi genetik yang sama. Teknologi yang diperlukan untuk menghadirkan model pengobatan transformatif ini mencakup data yang dihasilkan di edge hingga beban kerja ilmu data pada platform High Performance Computing (HPC) di cloud atau di lokasi. Aplikasi klinis, penelitian akademik, serta penemuan dan manufaktur farmasi memerlukan instrumentasi yang canggih, analitik, dan HPC.
Sebagai bagian dari misi kami untuk menciptakan teknologi yang mengubah dunia yang meningkatkan kehidupan setiap orang di planet ini, Intel memainkan peran integral dalam memungkinkan solusi pengobatan presisi. Produsen menggunakan teknologi perangkat keras dan perangkat lunak kami untuk menciptakan solusi pengobatan yang presisi seperti solusi yang menangkap proses biologis, menganalisis biomarker, dan memprediksi interaksi obat.
Baik melalui kolaborasi dengan penyedia peralatan lab berkemampuan AI untuk mengoptimalkan kinerja edge pada sequencer generasi berikutnya, kerja sama dengan OEM atau penyedia cloud untuk membangun arsitektur HPC yang mempercepat analisis tingkat lanjut, atau dengan membantu ISV untuk mengoptimalkan solusi mereka pada Intel® arsitektur, Intel berdedikasi untuk meningkatkan kehidupan melalui genomik dan teknologi pengobatan presisi.
Sebagai contoh, kami telah bekerja dengan Broad Institute untuk menciptakan Intel® Select Solution yang membantu organisasi menerapkan klaster HPC yang dapat diskalakan untuk analisis genomik. Rilis terbaru ini memungkinkan pengguna menjalankan Alur Kerja Praktik Terbaik GATK untuk Penentuan Varian Germline dari Broad Institute untuk memproses hingga delapan sampel genom utuh per node komputasi per hari.
Kami juga telah bekerja dengan banyak penyedia aplikasi ilmu hayati dan kesehatan untuk mengoptimalkan kode mereka untuk performa yang lebih baik dan pengalaman pengguna/developer yang ditingkatkan.
Anda dapat menemukan lebih banyak contoh inovasi yang kami dukung di Intel® Solutions Marketplace.
Alat dan Teknik Pengobatan Presisi
Pengobatan presisi menggunakan teknik seperti diagnostik molekuler (yang mencakup pengujian genetik), pencitraan molekuler, sekuensing generasi berikutnya, dan dinamika molekuler untuk mendiagnosis penyakit dan menyesuaikan perawatan dengan individu.
Diagnostik Molekuler dan Analisis Genomik
Diagnostik molekuler melibatkan analisis biomarker pasien melalui sekuensing genom. Tes genetik ini mengungkapkan informasi yang dapat digunakan untuk memberikan perawatan yang paling efektif atau memprediksi obat mana yang paling cocok untuk pasien.
Sekuensing Generasi Berikutnya
Kemajuan seperti sekuensing generasi berikutnya telah secara dramatis memengaruhi penelitian genomik. Sementara teknologi sekuensing tradisional memerlukan waktu lebih dari satu dekade untuk menghadirkan hasil, teknologi generasi berikutnya memungkinkan seluruh genom manusia untuk diurutkan dalam waktu sekitar 40 jam.
Pencitraan Molekuler
Pencitraan molekuler, khususnya metode yang disebut mikroskop elektron kriogenik (atau cryo-EM), digunakan secara luas dalam proses penemuan obat untuk memberikan wawasan ke dalam struktur protein 3D dan entitas biologis lainnya. Baru-baru ini, teknologi ini juga telah diterapkan untuk mengidentifikasi molekul kecil seperti obat. Bentuk pencitraan molekuler lainnya yang termasuk dalam pencitraan medis, termasuk penggunaan berbagai metode (MRI, CT, PET) dengan agen kontras untuk memvisualisasikan, mengkarakterisasi, dan mengukur proses biologis pada pasien.
Dinamika Molekul
Dinamika molekuler adalah metode komputasi yang memperkirakan kemungkinan konfigurasi tiga dimensi struktur kimia dan biologi serta mensimulasikan gerakannya. Dinamika molekuler sering digunakan bersama dengan docking molekuler, sering disebut hanya sebagai “docking.”
Docking adalah metode yang digunakan untuk memprediksi seberapa efektif kandidat obat bermolekul kecil akan berinteraksi dengan protein yang diteliti untuk penyakit tertentu. Metode simulasi ini memungkinkan penilaian interaksi pengikatan untuk setiap kandidat obat dan pada akhirnya memungkinkan peneliti membuat peringkat efektivitas berbagai kandidat obat.
Platform End-to-End untuk Pengobatan Genomik dan Presisi
Dari perspektif teknologi, pengobatan presisi melibatkan perangkat medis atau workstation PC di edge dan sistem IT di pusat data. Perangkat keras Intel® mendukung solusi di seluruh kontinum tersebut.
Misalnya, dalam genomik, teknologi edge kami seperti prosesor Intel Atom®, Intel® Core™, dan Intel® Xeon® E memungkinkan analisis primer sampel yang cepat dalam peralatan laboratorium yang ditawarkan oleh banyak mitra Intel. Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan juga mendukung algoritma penentuan-basis dan alat penyelarasan sekuens yang digunakan untuk analisis sekunder dalam sistem back-end. Di seluruh contoh ini, memori, GPU, penyimpanan, dan teknologi konektivitas kami juga dapat digunakan untuk meningkatkan throughput dan performa solusi secara keseluruhan.
Komputasi Performa Tinggi dalam Pengobatan Presisi
Untuk analisis sekunder, sistem HPC mendistribusikan beban kerja komputasi intensif ini di beberapa node yang dikelola secara terpusat, memproses informasi secara paralel untuk mengakselerasi hasil secara dramatis. Infrastruktur HPC berbasis Intel membantu memungkinkan penemuan yang lebih cepat dan penelitian yang lebih efektif untuk meningkatkan prediksi dan model.
Sebagai bagian penting dari banyak sistem HPC yang mendukung beban kerja pengobatan presisi, prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan membantu memfasilitasi kemajuan untuk kasus penggunaan utama dan aplikasi umum seperti:
- Genomik: Meningkatkan pemahaman kita tentang genetika individu untuk hasil kesehatan yang lebih baik dengan aplikasi seperti Genome Analysis Toolkit (GATK) 4.x.
- Cryo-EM: Menentukan struktur molekuler untuk studi biologis dan pengembangan obat dengan RELION 3.x.
- Mekanika kuantum: Menggambarkan interaksi antara atom, molekul, dan makromolekul dengan VASP dan NWChem.
- Dinamika molekuler: Mensimulasikan dan menganalisis pergerakan atom dan molekul dengan NAMD, GROMACS, dan LAMMPS.
Untuk membantu mengoptimalkan performa dan menyederhanakan penerapan untuk kasus penggunaan pengobatan presisi, kami menawarkan Intel® Select Solutions untuk dinamika molekuler dan genomik.
Meskipun masing-masing beban kerja yang penting dalam penelitian ini memiliki persyaratan yang berbeda, mereka semua memiliki permintaan yang sama untuk daya komputasi intensif dalam skala besar. Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan generasi ke-3 mendukung kebutuhan ini dengan throughput yang diakselerasi bersama kapasitas untuk I/O dan memori yang lebih banyak. Kami bekerja sama dengan mitra di seluruh industri untuk membantu organisasi penelitian, penyedia solusi, dan vendor perangkat lunak memilih dan menyetel perangkat keras yang tepat untuk setiap beban kerja.
Membangun aplikasi komputasi intensif untuk digunakan pada sistem HPC terdistribusi menghadirkan tantangan pengembangan perangkat lunak yang unik. Developer dapat membangun, menganalisis, mengoptimalkan, dan menskalakan aplikasi HPC di beberapa jenis arsitektur dengan lebih mudah menggunakan Intel® oneAPI Base Toolkit dan Intel® oneAPI HPC Toolkit. Sumber daya ini mencakup teknik canggih dalam vektorisasi, multithreading, paralelisasi multinode, dan optimasi memori.
Artificial Intelligence (AI) dalam Pengobatan Presisi
Semakin banyak, alat pengobatan presisi didukung dengan kemampuan AI untuk mengakselerasi penelitian yang mengarah ke hasil kesehatan yang positif. Beban kerja ini dapat terjadi pada sistem HPC terdistribusi atau di edge, di mana model AI tertanam dalam peralatan laboratorium untuk membantu mempercepat proses dan memberdayakan ilmuwan data dan peneliti untuk mengungkap wawasan dengan lebih cepat dan efisien.
Di Intel, kami menghadirkan komputasi AI yang diakselerasi yang diperlukan oleh peneliti, produsen perangkat, dan penyedia perangkat lunak untuk performa yang cepat dan lancar. Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan menghadirkan akselerasi AI bawaan melalui fitur Intel® AVX-512 dan Intel® Deep Learning Boost mereka, yang memberikan cara mudah untuk meningkatkan performa AI di pusat data.
Di laboratorium, kami membantu produsen perangkat dan developer perangkat lunak untuk lebih mudah menggabungkan AI ke dalam solusi mereka. Sementara AI biasanya dianggap memerlukan perangkat keras yang mahal dan khusus, alat dan inovasi Intel® memungkinkan untuk mengintegrasikan algoritma AI canggih secara langsung ke peralatan laboratorium menggunakan perangkat keras komputasi serbaguna yang terjangkau.
Misalnya, Intel® Distribution of OpenVINO™ toolkit membantu menyederhanakan dan mengoptimalkan pelatihan dan penerapan algoritma inferensi AI di seluruh arsitektur, sehingga lebih mudah untuk menerapkan kerangka kerja yang sudah dikenal pada arsitektur Intel® yang hemat biaya tanpa mengorbankan performa atau akurasi.
Untuk membantu mengakselerasi AI dan analisis pada infrastruktur HPC, Intel menawarkan Intel® oneAPI AI Analytics toolkit. Paket komprehensif ini memberikan ilmuwan data, developer AI, dan peneliti dengan alat Python dan kerangka kerja AI yang sudah dikenal untuk mengakselerasi alur ilmu data dan analisis end-to-end pada arsitektur Intel®.
Seperti Intel® oneAPI HPC Toolkit, komponen Intel® oneAPI AI Analytics Toolkit dibangun menggunakan pustaka oneAPI untuk optimasi komputasi tingkat rendah. Toolkit ini memaksimalkan performa secara end-to-end—mulai dari preprocessing hingga machine learning—dan memberikan interoperabilitas untuk pengembangan model yang efisien.
Komponen penting untuk menciptakan AI solusi pengobatan presisi adalah menyatukan berbagai sumber data dengan aman untuk melatih algoritma dan model AI dengan lebih baik. Di sini, Intel® Software Guard Extensions (SGX) dapat digunakan untuk memungkinkan pembelajaran federasi yang dilindungi—melindungi beban kerja dan data dalam enklave komputasi rahasia yang aman, di cloud atau di lokasi, untuk mempertahankan standar privasi dan keamanan.
Optimasi Genomik untuk Analisis Cloud
Intel berfokus pada memungkinkan beban kerja genomik untuk berjalan dengan performa dan fleksibilitas yang optimal di cloud. Kami bekerja untuk mendorong desain cloud-native di antara mitra ekosistem kami sehingga pelanggan dapat merasakan hasil yang positif saat mereka beralih ke cloud, dengan manfaat dalam hal biaya maupun performa.
Selain itu, upaya kami dengan Broad Institute telah mencakup optimasi rekomendasi perangkat keras Praktik Terbaik GATK untuk beban kerja genomik di seluruh kasus penggunaan di lokasi, cloud publik, maupun cloud hibrida.
Merintis Masa Depan Pengobatan Presisi
Seiring pengobatan presisi terus berkembang, Intel berkomitmen untuk bekerja dengan mitra, peneliti, dan penyedia layanan kesehatan untuk terus mendorong inovasi dan kemajuan. Dari perspektif perangkat keras dan perangkat lunak, kami memberikan elemen penting yang diperlukan untuk membangun teknologi pengobatan presisi dan genomik sekaligus menyederhanakan alur kerja, mengakselerasi wawasan, dan meningkatkan perawatan untuk pasien di seluruh dunia.