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Research Center for Advanced Science and Technology, the University of Tokyo

圧倒的なコンピューティング・パワーを持つクラウドを活用し、ICTによる創薬へチャレンジ

東京大学先端科学技術研究センター様

学術サイドで実施・蓄積されてきた創薬研究の成果と、製薬メーカーなどの民間企業が商用の解析シミュレーション向けクラウドサービスを使って実施する研究結果をうまく融合させることによって、画期的な新薬の開発に取り組んでいきたい

教授
児玉 龍彦 様

Human Centric Innovation Human Centric Innovation

  • 圧倒的なコンピューティング・パワーにより新薬の開発を加速
  • コンピュータ上で分子情報を組み合わせて新規物質を"創り出す"
  • スパコンと同等の性能を持つ解析シミュレーション向けクラウドサービス「TCクラウド」

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これまでの研究開発手法だけでは限界
ICTの活用が新薬の可能性を高める

東京大学先端科学技術研究センター様(以下、東大先端研)は、情報、生物医化学、環境・エネルギー、材料、バリアフリー、社会科学の6分野を研究領域とする学際的な研究機関であり、生物医化学の領域では様々な病気のメカニズムの解明や医薬品の開発が進められています。

これまでの医薬品開発では、自然界に存在する物質の中から有用なものを探し当てるのが主な方法でした。しかし、現在では生理学や分子生物学の知識に基づいて候補を絞り込んでいくドラッグディスカバリーや、さまざまな機能を持つ分子を組み合わせて、目的とする医薬品を人工的に作り出すドラッグデザインが主流です。各国の製薬メーカーや研究所が最新の科学を駆使して新薬開発にしのぎを削っています。

ただし、ドラッグディスカバリーにせよドラッグデザインにせよ、その多くは候補物質データベースの中から有用と思われるものを選び出して、部分構造を変えながら薬効を高くしていくというのが実態です。データベースに登録されている物質には限りがあるため、"ネタ切れ"になりつつあるというのが現在の状況です。

そこで、今、候補物質データベースにも登録されていない物質をいかに"創り出す"かが問われるようになりました。現在のデータベースに登録されている件数は、およそ2,000万件(2×10の7乗)。これに対して、理論的に合成可能と考えられる物質の数は10の20乗に達すると見込まれています。つまり、新しい物質が見つかり、その中から新薬が登場する可能性はまだまだ存在するのです。

こうした新物質の発見を可能にするのがIT創薬(注1)です。薬の作用は鍵と鍵穴の関係に例えられます。花粉症の季節に鼻炎薬がアレルギーを起こす物質をブロックするCMが流れますが、鍵が薬、鍵穴がブロックされる穴、正確にはアレルギー症状に関わるタンパク質上の特定部位に相当します。創薬とは鍵穴の形や性質にあった鍵を作ること。IT創薬では、タンパク質の立体構造に基づきシミュレーションを行い、薬の候補物質を作ります。

次に、作成した多様な物質の中から薬効が高いものを探すのもシミュレーションです。そして、すべてはコンピュータ上で行われるため実験は不要となります。

以前のように物質を実際に合成してから試験管内や生体内で試さないのは、コストと期間を短縮するためです。プロセッサーなどのハードウェア性能は年々向上していますから、コンピュータシミュレーションで行う方式なら短期間に低コストで大量の新規物質を試してみることができるのです。

スパコン同等の性能と柔軟性を兼ね備えたクラウド環境を活用

東大先端研は、このような最先端のIT創薬研究をクラウドで実践しています。IT創薬研究向けシステムにご提供した解析シミュレーション向けクラウドサービス「FUJITSU Technical Computing Solution TCクラウド」は、計算環境の理論ピーク性能がCPU部分(10,000CPUコア以上)で230 TFLOPS(注2)超、GPGPU(注3)部分で250TFLOPSと、スーパーコンピュータ並みの能力を有しています。

東大先端研は、TCクラウドの圧倒的なコンピューティング・パワーを用いて、新薬開発のための新規物質の創出を加速させています。クラウド環境としたことにより、大学構内における電力使用の制約を受けることなく、大規模な計算環境を実現しています。また、研究規模の拡大に応じた計算リソースの強化にも柔軟に対応できます。

今後、製薬会社などの民間企業との共同研究も実施される予定ですが、クラウド環境の採用により、日本の創薬研究の基盤としての活用が期待されます。自前のスーパーコンピュータやハイパフォーマンスクラウドコンピューティング環境を運用している東京大学が、富士通の解析シミュレーション向けクラウドサービスの利用に踏み切ったのも、まさにこのためです。特定の大学や研究所に限られることなく、産官学いずれのセクターからも自由に利用できる商用の創薬専用HPCクラウドサービスなら、医薬品の候補化合物の生体内での効果を共同で詳しくシミュレーションすることも容易になるわけです。

従来の実験方法では不可能だった新薬開発を可能にする、富士通の解析シミュレーション向けクラウド。ICTは、人々の健康も支えていきます。

  • (注1)IT創薬: 医薬品の候補となる低分子化合物などをコンピュータを利用したシミュレーションにより探索する手法
  • (注2)TFLOPS(テラフロップス): 1テラフロップスは毎秒1兆回の浮動小数点演算速度
  • (注3)GPGPU: General Purpose computing on Graphic Processing Unit技術の略。本来、画像処理に用いられる専用プロセッサを、画像処理以外の一般計算用途に応用する技術

お客様情報

所在地 東京都目黒区駒場4丁目6番1号
設立 1987年
人員数 教職員304人、学生84人(2014年3月1日現在)
URL http://www.rcast.u-tokyo.ac.jp/ja/Open a new window

[ Published in 2014 ]

本事例中に記載の肩書きや数値、固有名詞などは掲載日現在のものであり、このページの閲覧時には変更されている可能性があることをご了承ください。また、記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。


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