Intel alimente la technologie de médecine de précision
La médecine de précision fournit des traitements personnalisés et des soins centrés sur le patient pour des sous-ensembles spécifiques d'individus qui partagent des marqueurs génétiques, des traits ou des conditions. La technologie requise pour permettre ce modèle de traitement transformateur s'étend des données générées à la périphérie aux charges de travail de science des données sur des plateformes de calcul intensif (High Performance Computing, HPC) dans le cloud ou sur site. Les applications cliniques, la recherche universitaire, ainsi que la découverte et la fabrication de produits pharmaceutiques nécessitent des instruments, des analyses et un calcul intensif puissants.
Dans le cadre de notre mission de création d'une technologie qui change le monde et améliore la vie de chaque personne sur la planète, Intel joue un rôle essentiel dans la mise en place de solutions de médecine de précision. Les fabricants utilisent nos technologies matérielles et nos outils logiciels pour créer des solutions de médecine de précision telles que celles qui capturent les processus biologiques, analysent les biomarqueurs et prédisent les interactions médicamenteuses.
Que nous collaborions avec un fournisseur d'équipements de laboratoire axés sur l'IA pour optimiser les performances de pointe sur les séquenceurs de nouvelle génération, que nous travaillions avec un OEM ou un fournisseur de cloud pour construire des architectures HPC qui accélèrent les analyses avancées, ou que nous aidions un ISV à optimiser ses solutions sur l'architecture Intel®, Intel se consacre à améliorer les vies grâce à la technologie de la génomique et de la médecine de précision.
Par exemple, nous avons travaillé avec le Broad Institute pour créer une solution Intel® Select qui aide les entreprises à déployer des clusters HPC évolutifs pour l'analyse génomique. La dernière version permet aux utilisateurs d'exécuter le pipeline de bonnes pratiques GATK du Broad Institute l'appel de variante germinale pour traiter jusqu'à huit échantillons de génome entier par nœud de calcul et par jour.
Nous avons également travaillé avec de nombreux fournisseurs d'applications dans le domaine de la santé et des sciences de la vie afin d'optimiser leur code pour une meilleure performance et une meilleure expérience utilisateur/développeur.
Vous trouverez d'autres exemples d'innovations possibles sur la plateforme de solutions Intel®.
Outils et techniques de la médecine de précision
La médecine de précision utilise des techniques telles que le diagnostic moléculaire (qui comprend les tests génétiques), l'imagerie moléculaire, le séquençage de nouvelle génération et la dynamique moléculaire pour diagnostiquer les maladies et adapter les traitements à l'individu.
Diagnostic moléculaire et analyse génomique
Le diagnostic moléculaire consiste à analyser les biomarqueurs d'un patient par le biais du séquençage du génome. Ces tests génétiques révèlent des informations qui peuvent être utilisées pour fournir le traitement le plus efficace ou prédire quels médicaments seront les plus efficaces pour le patient.
Séquençage nouvelle génération
Des avancées telles que le séquençage de nouvelle génération ont eu un impact considérable sur la recherche génomique. Alors que la technologie de séquençage traditionnelle nécessitait plus d'une décennie pour donner des résultats, les technologies de nouvelle génération permettent de séquencer un génome humain entier en 40 heures environ.
Imagerie moléculaire
L'imagerie moléculaire, plus précisément une méthode appelée microscopie électronique cryogénique (ou cryo-EM), est largement utilisée dans le processus de découverte de médicaments afin de fournir des informations sur les structures 3D des protéines et d'autres entités biologiques. Plus récemment, cette technologie a également été appliquée pour identifier de petites molécules similaires à des médicaments. D'autres formes d'imagerie moléculaire relèvent de l'imagerie médicale, notamment l'utilisation de diverses méthodes (IRM, CT, PET) avec un agent de contraste pour visualiser, caractériser et quantifier les processus biologiques chez un patient.
Dynamique moléculaire
La dynamique moléculaire est une méthode de calcul qui permet d'estimer les configurations tridimensionnelles possibles des structures chimiques et biologiques et de simuler leur mouvement. La dynamique moléculaire est souvent utilisée en conjonction avec le docking moléculaire, souvent appelé simplement « docking ».
Le docking est une méthode utilisée pour prédire l'efficacité de l'interaction entre les candidats médicaments à petites molécules et une protéine d'intérêt pour une maladie donnée. Ces méthodes de simulation permettent d'évaluer une interaction de liaison pour chaque candidat-médicament et permettent finalement aux chercheurs de créer un classement pour l'efficacité des différents candidats-médicaments.
Une plateforme de bout en bout pour la génomique et la médecine de précision
D'un point de vue technologique, la médecine de précision implique à la fois des appareils médicaux ou des postes de travail PC à la périphérie et des systèmes informatiques dans le centre de données. Le matériel Intel® alimente les solutions de ce continuum.
Par exemple, en génomique, nos technologies de pointe telles que les processeurs Intel Atom®, Intel® Core™ et Intel® Xeon® E permettent une analyse primaire rapide des échantillons dans les équipements de laboratoire proposés par de nombreux partenaires d'Intel. Les processeurs Intel® Xeon® Scalable alimentent également l'algorithme d'appel de bases et les outils d'alignement de séquences utilisés pour l'analyse secondaire dans les systèmes dorsaux. Dans tous ces exemples, nos technologies de mémoire, de CPU, de stockage et de connectivité peuvent également être utilisées pour augmenter le débit et les performances globales de la solution.
Calcul Intensif (HPC) en médecine de précision
Pour l'analyse secondaire, les systèmes HPC distribuent ces charges de travail de calcul intensif sur plusieurs nœuds gérés de manière centralisée, traitant les informations en parallèle pour accélérer considérablement les résultats. L'infrastructure HPC basée sur Intel permet des découvertes plus rapides et une recherche plus efficace pour améliorer les prédictions et les modèles.
Les processeurs Intel® Xeon® Scalable, qui constituent un élément essentiel de nombreux systèmes HPC prenant en charge les charges de travail de la médecine de précision, contribuent à faciliter la progression des cas d'utilisation clés et des applications courantes telles que :
- Génomique : améliorer notre compréhension de la génétique des individus pour de meilleurs résultats de santé avec des applications telles que le Genome Analysis Toolkit (GATK) 4.x.
- Cryo-EM : déterminer les structures moléculaires pour les études biologiques et le développement de médicaments avec RELION 3.x.
- Mécanique quantique : décrire les interactions entre atomes, molécules et macromolécules avec VASP et NWChem.
- Dynamique moléculaire : Simuler et analyser les mouvements des atomes et des molécules avec NAMD, GROMACS et LAMMPS.
Nous proposons des solutions Intel® Select pour la dynamique moléculaire et la génomique afin d'optimiser les performances et de simplifier le déploiement pour les cas d'utilisation de la médecine de précision.
Bien que chacune de ces charges de travail critiques pour la recherche ait des exigences différentes, elles partagent toutes une demande similaire de puissance de calcul intensive à grande échelle. Les processeurs Intel® Xeon® Scalable de 3ᵉ génération prennent en charge ce besoin en accélérant le débit et en permettant d'augmenter les E/S et la mémoire. Nous travaillons en étroite collaboration avec des partenaires de toute l'industrie pour aider les entreprises de recherche, les fournisseurs de solutions et les fournisseurs de logiciels à sélectionner et à régler le matériel adapté à chaque charge de travail.
Créer ces applications de calcul intensif pour les utiliser sur des systèmes HPC distribués présente des défis uniques en matière de développement logiciel. Les développeurs peuvent créer, analyser, optimiser et faire évoluer plus facilement les applications HPC sur plusieurs types d'architectures grâce aux kits d'outils Intel® oneAPI Base et Intel® oneAPI HPC. Ces ressources comprennent des techniques de pointe en matière de vectorisation, de multithreading, de parallélisation multinode et d'optimisation de la mémoire.
L'intelligence artificielle (IA) en médecine de précision
Les outils de médecine de précision sont de plus en plus souvent dotés de capacités d'IA pour accélérer la recherche qui débouche sur des résultats positifs en matière de santé. Ces charges de travail peuvent s'effectuer sur des systèmes HPC distribués ou en périphérie. Des modèles d'IA sont intégrés à des équipements de laboratoire pour accélérer les processus et permettre aux scientifiques des données et aux chercheurs de découvrir des informations plus rapidement et plus efficacement.
Chez Intel, nous fournissons l'informatique IA accélérée dont les chercheurs, les fabricants d'appareils et les fournisseurs de logiciels ont besoin pour obtenir des performances rapides et homogènes. Les processeurs Intel® Xeon® Scalable offrent une accélération intégrée de l'IA grâce à leurs fonctionnalités Intel® AVX-512 et Intel® Deep Learning Boost, ce qui permet d'augmenter facilement les performances de l'IA dans le centre de données.
En laboratoire, nous aidons les fabricants d'appareils et les développeurs de logiciels à intégrer plus facilement l'IA dans leurs solutions. Bien que l'on pensait généralement que l'IA nécessitait du matériel spécialisé et coûteux, les outils et les innovations d'Intel® permettent d'intégrer des algorithmes d'IA avancés directement dans les équipements de laboratoire à l'aide de matériel de calcul général abordable.
Par exemple, la distribution Intel® du kit d'outils OpenVINO™ permet de simplifier et d'optimiser la formation et le déploiement des algorithmes d'inférence de l'IA sur toutes les architectures, ce qui facilite le déploiement de cadres familiers sur des architectures Intel® rentables sans sacrifier les performances ou la précision.
Intel propose le kit d'outils Intel® oneAPI AI Analytics pour accélérer l'IA et l'analytique sur les infrastructures HPC. Ce package complet fournit aux scientifiques de données, aux développeurs d'IA et aux chercheurs des outils Python et des cadres d'IA pour accélérer les pipelines de science de données et d'analyse de bout en bout sur les architectures Intel®.
Comme pour le kit d'outils Intel® oneAPI HPC, les composants du kit d'outils Intel® oneAPI AI Analytics sont construits à l'aide des bibliothèques oneAPI pour les optimisations de calcul de bas niveau. Le kit d'outils maximise les performances de bout en bout (du prétraitement au machine learning) et offre une interopérabilité pour le développement efficace de modèles.
Un élément essentiel de la création de solutions de médecine de précision par l'IA consiste à rassembler en toute sécurité une variété de sources de données pour mieux entraîner les algorithmes et les modèles d'IA. Ici, Intel® Software Guard Extensions (SGX) peut être utilisé pour permettre un apprentissage fédéré protégé, en protégeant les charges de travail et les données dans des enclaves informatiques confidentielles sécurisées, dans le cloud ou sur site, afin de maintenir les normes de confidentialité et de sécurité.
Optimisation de la génomique pour l'analytique dans le cloud
Intel s'attache à permettre aux charges de travail génomiques de fonctionner avec des performances et une flexibilité optimales dans le cloud. Nous nous efforçons d'encourager nos partenaires de l'écosystème à adopter des conceptions natives du cloud afin que les clients puissent constater les résultats positifs de leur passage au cloud, et bénéficier d'avantages en termes de coûts et de performances.
En outre, nos efforts avec le Broad Institute ont consisté à optimiser les recommandations matérielles des bonnes pratiques de GATK pour les charges de travail génomiques dans les cas d'utilisation sur site, dans le cloud public et dans le cloud hybride.
Inventer l'avenir de la médecine de précision
Alors que la médecine de précision continue d'évoluer, Intel s'engage à travailler avec des partenaires, des chercheurs et des prestataires de santé pour continuer à stimuler l'innovation et les progrès. Nous fournissons, tant du point de vue matériel que logiciel, les éléments essentiels nécessaires pour mettre en place une technologie de médecine de précision et de génomique et simplifier les flux de travail, accélérer la compréhension et améliorer les soins pour les patients du monde entier.