모더나, AWS를 사용하여 더 저렴한 비용으로 mRNA 약물을 더 빠르게 제공

Moderna Therapeutics는 전령 RNA(mRNA) 의료 기술을 실현하여 현재 해결되지 않고 있는 환자의 니즈를 충족할 새로운 약을 만드는 것을 목표로 2010년에 설립되었습니다. Moderna Therapeutics의 중점 분야는 감염병, 암/면역 종양, 심혈관질환, 희귀 간·폐 질환 등입니다. Moderna의 개발 파이프라인에는 내부 및 파트너 프로그램을 모두 포함하여 예방 백신 9개, 치료 백신 2개, 치료제 5개 등 16개의 mRNA 약물이 있습니다. 면역항암제를 포함한 이러한 약물 중 7가지는 이미 임상 또는 인체 연구 중입니다.

신약을 시장에 출시하려면 10년 단위로 걸리고, 10억 USD가 넘는 비용이 들 수 있습니다. 이는 기존 소분자 의약품 개발과 생명 공학 회사에서 개발하는 생물제제(예: 재조합 단백질 및 단일 클론 항체) 모두에 해당됩니다. 이처럼 오랜 기간과 높은 비용이 드는 이유는 실험 주기 시간이 길며 연구 또는 생산되는 개별 약물에 대한 사용자 정의 시설을 설계해야 하기 때문입니다. 또 다른 장애물은 복잡한 Good Laboratory Practices(GLP), Good Manufacturing Processes(GMP) 및 미국 식품 의약군(FDA) 21 CFR Part 11 규정 - 총칭 GxP를 준수해야 한다는 요구 사항입니다. 생명 공학 및 기존 제약 회사 모두 협업 및 주요 인사이트 개발을 방해하는 사일로화된 데이터, 과학적 워크플로 및 고성능 컴퓨팅을 지원하기 위한 온프레미스 데이터 센터의 경직성 같은 추가적인 당면 과제에 직면해 있습니다.

Moderna의 창립자들은 mRNA를 약물 전달 메커니즘으로 사용하면 이러한 많은 당면 과제들을 극복할 수 있는 새로운 약물 개발 접근 방식의 문이 열릴 것임을 인식했습니다. Moderna Therapeutics의 정보학 담당 이사인 Dave Johnson은 이렇게 말합니다. "기존 약물은 공장에서 만들어 환자의 몸에 주입해야 합니다." "하지만 전령 RNA 약물은 일종의 생물학적 소프트웨어처럼 환자의 몸에 약을 스스로 생산하는 방법을 알려줍니다."

Moderna는 mRNA 기반 약물의 잠재력을 극대화하기 위해, 강력하고 확장 가능한 컴퓨팅과 자동화 및 전사적 데이터 통합을 지원하는 IT 인프라가 필요했습니다.

이러한 목표를 염두에 두고 Moderna는 Amazon Web Services(AWS) 클라우드를 조기에 사용했으며 AWS를 Moderna의 약물 연구, 개발 및 생산 프로세스를 지원하는 핵심 구성 요소로 삼았습니다. AWS 클라우드는 고성능 계산, 데이터 통합, 강력한 분석, 실험실 및 제조 프로세스 자동화, 해당 법률, 규칙 및 규정 준수를 기반으로 IT 전략을 달성하는 데 필요한 모든 것을 갖추고 있습니다. Moderna의 최고 디지털 책임자인 Marcello Damiani는"AWS 참여 및 관계 모델과 결합된 AWS 기술은 클라우드 제공업체 사이에서도 독보적입니다."라고 말합니다. "자사의 작은 규모와 야심 찬 목표를 감안할 때 AWS는 우리의 디지털화 전략의 핵심이죠."

AWS 클라우드의 강력하고 유연한 컴퓨팅 기능은 Moderna가 비즈니스 모델의 핵심 원칙인 속도, 확장성 및 낮은 비용을 달성하는 데 도움을 제공합니다. Moderna 사이언티스트는 추가 엔지니어링을 위한 출발점으로 단백질을 선택하기 위해 온라인 카탈로그에 액세스하여 mRNA 약물 개발을 시작합니다. 이 카탈로그는 AWS에서 호스팅되는 독점 내부 개발 웹 애플리케이션인 Moderna의 Drug Design Studio(DDS)의 일부입니다. DDS는 계산 알고리즘을 사용하여 특정 의학 효과에 최적인 mRNA 서열을 식별합니다.

이러한 워크로드의 볼륨은 다양하므로 Moderna는 Auto Scaling과 함께 Amazon Elastic Compute Cloud(Amazon EC2)를 사용하여 필요에 따라 새 인스턴스를 가동하거나 중단합니다. Moderna는 Amazon EC2 스팟 인스턴스를 사용하기 때문에 온디맨드 인스턴스보다 비용이 최대 90% 저렴합니다. Amazon EC2 스팟 인스턴스 사용 시 Moderna의 초과 입찰가가 다른 사용자보다 높은 경우 인스턴스가 종료되지만, 일시 중지될 수 있는 DDS 계산 워크로드에 해가 되지는 않습니다.

DDS 애플리케이션은 Amazon Relational Database Service(Amazon RDS)를 사용하여 저장하고 각 작업의 관련 데이터를 Amazon Simple Storage Service(Amazon S3)에 저장하는 클러스터 마스터 마이크로서비스에 컴퓨팅 작업을 제출합니다. 이 작업은 다음으로 Amazon Simple Queue Service(Amazon SQS)로 푸시됩니다. Amazon EC2 인스턴스가 작업을 풀하고, 작업을 처리하며, Amazon SQS를 사용하여 결과를 클러스터 마스터에 반환하면 클러스터 마스터는 Amazon SQS 및 Amazon Simple Notification Service(Amazon SNS)를 사용하여 작업이 완료되었음을 DDS 애플리케이션에 알립니다. 특정 mRNA 구조에 대한 주문이 들어오면 제조를 위해 Moderna의 전임상 생산 시설로 보내집니다. 이 시설은 높은 처리량을 위해 고도로 자동화되어 이러한 구조를 매달 최대 1,000개까지 생성할 수 있습니다. 그다음 Moderna 또는 파트너는 전임상 또는 동물, 연구를 통해 구조를 평가하여 개발 후보로 선언되고 임상 단계로 진행할 수 있는지 확인합니다.

Moderna는 인체 연구에 사용할 임상 등급 mRNA 치료제 및 백신을 생산하기 위해 2018년 운영을 목표로 200,000제곱피트의 Good Manufacturing Practices(GMP) 시설을 건설 중입니다. 이 시설의 품질, 공급망 및 GMP 프로세스는 Moderna가 AWS 클라우드에 구축한 GxP IT 환경에 의해 구동되어 애플리케이션의 완전히 통합된 에코시스템을 가능하게 합니다. 이 에코시스템의 기반은 AWS 서비스를 사용하여 제조 기구, 로보틱스 및 기타 통합 시스템(예: LabVantage Laboratory Information Management System(LIMS), Emerson Syncade 제조 실행 시스템(MES), OSIsoft PI 데이터 히스토리언 솔루션 등)과 연결하는 SAP S/4HANA ERP입니다.

Moderna는 또한 사일로화를 피하고 회사 데이터에 대한 신뢰할 수 있는 단일 소스를 구축하기 위한 간단하고 비용 효율적인 데이터 웨어하우징으로 Amazon Redshift를 사용하고 있습니다. Amazon Redshift를 중앙 리포지토리로 사용함으로써 회사는 모든 데이터를 수동 작업 없이 한 번에 캡처할 수 있고 비즈니스 인텔리전스 데이터 과학 도구를 사용하여 사이언티스트들이 상관관계를 찾고, 인사이트를 개발하고, 의사 결정을 내리는 데 도움이 되는 유익한 시각화에 액세스할 수 있습니다. 백업은 확장성이 뛰어나고 연간 99.999999999%의 내구성, 버전 관리, 교차 리전 복제, 강력한 백업 및 재해 복구 기능을 제공하는 Amazon S3로 푸시됩니다.

Damiani는 Moderna가 AWS 클라우드에서 완벽하게 검증된 환경을 구축하는 데는 생명 과학 전문 지식을 갖춘 AWS Professional Services 컨설턴트가 결정적인 역할을 했다고 말합니다. "AWS 컨설턴트는 이 환경을 검증하는 접근 방식의 프레임을 짜는 데 도움을 주었으며, 이를 실현하는 데 유용한 필수 설명서를 제공해 줬습니다." "저희는 AWS 컨설턴트의 도움으로 이전에 클라우드에 도입된 적이 없는 검증된 시스템을 AWS 클라우드에 도입할 수 있었습니다."

AWS 클라우드를 통해 Moderna는 약물 후보를 임상 연구로 발전시키는 데 필요한 시간을 단축하고, 연구, 개발 및 제조 프로세스의 민첩성 향상, 몇 년 전만 해도 불가능했던 개인화된 암 백신과 같은 결과를 달성할 수 있었습니다.

또한 Moderna는 AWS 클라우드에서 호스팅되는 IT 인프라를 통해 매우 빠른 전임상 약물 개발을 달성하였습니다. 예를 들어 Moderna가 현재 임상 시험 중인 7가지 백신 중 하나(Zika 바이러스용 백신)는 그 단계에 도달하는 데 1년밖에 걸리지 않았습니다. Damiani는 "자사 독점 Drug Design Studio와 결합된 AWS 컴퓨팅 및 통합 기능을 사용하여 Moderna 사이언티스트들은 고유한 단백질에 떠오른 아이디어를 갖고 당일 온라인으로 주문하고 한 달 이내에 이에 대한 전임상 실험을 실행할 수 있습니다."라고 말합니다. "기존 제약 연구 및 개발에서는 전임상 연구를 할 준비 단계에 이르기까지 몇 년이 걸리며, 사람을 대상으로 약물을 테스트하는 일은 극히 드뭅니다."

게다가 Moderna는 AWS 인프라를 사용하여 기존 약물 개발의 높은 비용을 피합니다. 회사의 AWS 인프라가 단 한 명의 직원에 의해 관리된다는 점을 지적한 Johnson은 "우리 자체 데이터 센터에서 AWS에 대한 컴퓨팅 성능을 달성하려면 수백만 달러나 되는 비용이 들 것입니다."라고 말합니다. "이에 비하면 Amazon EC2 스팟 인스턴스는 매우 합리적인 비용으로 엄청난 컴퓨팅 능력에 대한 액세스를 제공합니다."

또한 AWS 서비스는 Moderna가 데이터 통합, 보호 및 품질에 대한 목표를 보다 쉽게 달성할 수 있도록 돕습니다. Damiani는 "기존 제약 회사는 레거시 기술에 대한 용량과 강제 맞춤 백업 및 재해 복구 솔루션을 유지하기 위해 고군분투하는 대규모 IT 조직을 갖추고 있죠.”라고 말합니다. "하지만 AWS 클라우드는 용량에 대해 걱정할 필요가 없으며, 백업 및 복구가 정말 간단합니다."

AWS는 Moderna가 온프레미스 데이터 센터에서 가능한 것보다 훨씬 손쉽게 GxP 규정 준수를 검증할 수 있게끔 도와줍니다. Johnson은 "이 검증 프로세스에서 AWS 보안 제어 및 격리 기능뿐만 아니라 AWS 컨설턴트의 도움도 많이 받았습니다."라고 말합니다. "기술에 박식할 뿐 아니라 강력한 규제 경험을 갖고 있고 우리 업계를 제대로 이해하고 있는 AWS 인력과 함께 일할 수 있다는 것은 정말 값진 경험입니다."

Damiani는 AWS 클라우드야말로 Moderna가 그렇게 짧은 시간에 많은 것을 성취할 수 있었던 유연성과 민첩성의 핵심이라고 말합니다. "AWS는 새로운 것을 시도하고 어떻게 진행되는지 확인하는 과정이 너무나 간단하기 때문에 혁신을 위한 최적의 플랫폼이라 할 수 있습니다." "AWS 사용은 우리가 직원 550명, 파이프라인에서 16개의 약물을 진행하는 생명 공학 기업으로 빠르게 성장하는 데 지원해 준 핵심 도구였습니다. 머지않아, Moderna는 환자의 개별 유전자 서명에 맞는 mRNA 의약품을 생산하는 능력을 갖추게 될 것입니다. 이는 AWS 클라우드의 능력과 우리가 디지털화 전략의 일부로 이를 활용하고 비즈니스를 발전시키는 다양한 방법을 보여줄 겁니다."