打开未来实验室的大门──信息化建设对药代动力学研究的意义

2020年，来自利物浦大学的团队向外界展示了他们的智能机器人，在八天内独自完成688次实验^[1]。我们对未来科研实验室的轮廓有了更清晰的想象，越来越多的前沿技术和智能化设备被应用在科研领域。未来，高度智能化实验室或许会成为药物临床前研究的主要场所。而从手工纸质记录的时代迈向智能化实验室，信息化建设无疑是最基础也是最坚实的一步。

一、信息化浪潮下的药学研究

在信息技术不断前进的背景下，科研领域当然也不会错过各种提升生产力的可能。药物研发过程愈加依赖于计算机系统，许多科研软件公司也瞄准这一市场，推出自家的产品。早在上世纪80年代，电子实验记录本（ELN，Electronic laboratory notebook）的概念就被Raymond E. Dessy博士提出，并在94年由其进行了第一个实例的演示^[2]。电子实验记录本可以大大提高实验信息管理能力，减少纸质的浪费以及保存过程中可能带来的信息丢失，并减少重复工作提高效率^[3]。数据持续积累，电子实验记录本将会成为一个科研团队的知识和经验“宝库”。

随着医药健康产业的蓬勃发展，面对快速增长的研究项目量，传统的实验技术已不能满足discovery阶段对实验的效率要求。从项目管理、实验记录、数据分析到报告撰写，大量的电子设备和软件被应用到实验室中。由于研究方向的不同、研究热点的变化，这些成熟的商业软件都有着优化的空间。系统整合、定制化开发加上持续的更新迭代，才能打造出更适合特定研究团队的信息化系统。

二、DMPK研究中的信息化系统

在药代动力学研究领域，能否有效地整合利用不同科研软件和平台，将对新药研发过程中的某个或多个环节产生质量、效率的重要影响。以药明康德DMPK的信息化系统为例，从研发项目的开始到结束，全流程的数字化运营管理将成为新药研发的重要助力，推动研究项目的高效达成。

PM项目管理系统：全局掌控，动态跟进

当大批量实验需要开展，并伴随着实验类型多样、信息快速传递等挑战，PM项目管理系统应运而生。作为安排实验开展的核心系统，项目管理系统将有效帮助DMPK项目负责人对全局进行把控，实现从项目发布到完成的数字化管理，能平稳支持每年数万项目的进行。

• PM系统通过高度结构化的录入设计，使关键信息能够及时、准确地传达给所有参与项目的实验人员，确保实验按时开展。
• 根据实验方案，系统会自动化创建样品标签和二维码来记录样品信息，每年约自动产生60~80万个标签，实现样品状况监控的同时避免了手动创建标签可能带来的误差。
• 系统可自动搜集实验人员在电子记录中的关键操作、反馈和时间点，从而实时展示项目进度和实验情况。帮助负责人快速掌握信息，保障项目的及时交付。

RMS资源管理系统：高效利用，精准追踪

研发过程中会涉及到各种资源的调配和使用，如果因资源不足而影响实验进度，可能会引起更大范围的延误。因此，如何科学合理安排拥有的资源，使其最大化地发挥效能，是资源管理系统的核心功能。在项目发布的同时，通过RMS资源管理系统综合管理项目所需的人员和设备资源、生物样本资源以及特定项目所需的动物资源，各个实验环节的资源管理人员可以登录该平台并对每个项目进行人员和设备资源的安排，确保实验的高效开展。其所含部分管理模块如下：

• 化合物管理模块可在线记录化合物台帐，精确追踪测试物的行程轨迹，并与自动化移液工作站、高精度天平等仪器结合。实现相关信息100%的精确记录与传递，每月管理近万个化合物的存储和查询。
• 生物样品管理模块可以自动搜集实验设计数据并产生样品序列标签，使所有样品的生产、转移和出入库记录均通过扫码方式被准确捕捉记录，当项目样品有转移寄送的需求时，可实现10s快速定位。
• 动物管理模块可快速掌握动物的基本信息包括位置、健康状况，并拥有预约功能以合理安排使用。实现每只动物从注册到实验结束的关键事件监控，帮助确保项目高质量达成并符合动物福利要求。

ELN电子实验记录系统：全面覆盖，严格合规

作为实验操作的核心系统，ELN系统将承载实验过程中的所有细节，其功能和性能的优劣会影响到实验效率和质量。需要基于已有的商业软件，结合实际业务需求，通过长期持续的定制化配置，打造DMPK研发专用的ELN系统。当前已部署30+实验类型的记录模板，涵盖体内外ADME实验、代谢产物鉴定实验、生物分析实验等大类的在线记录，每年支持数万实验的精准记录。严格的权限控制加上全局操作追踪功能，保证数据安全的同时，也可以高质量完成各项审计工作。

• 商业化电子实验记录产品需符合FDA 21 CFR Part 11对电子数据完整性的要求。通过规避大量的文本描述，用结构化的方式实现数据的完整记录，大大提高了记录的效率和准确性，并通过严格的网络安全、数据备份管理，保证实验数据的安全。
• 产品拥有完善的Audit Trail功能，让每个信息的增、删、改都清晰可循。在电子实验记录内部，通过设计多种控件来管理记录数据的相互关联、加载与引用，以及时间录入和账号录入，确保电子实验记录内数据的同源一致和清晰的关联关系，而便捷的数据录入能力，使得实验记录能够及时、准确的完成。
• 系统拥有完善的权限控制体系，能够确保每个人有合适的最小权限，能支持数千人同时在线使用。管理员可以根据实验类型、人员组别和开展地区等，精确划分每个账户可以查看的项目内容，有效确保IP保护。

RAS报告自动化系统：高度定制，快速生成

在实验的最后，如何快而准的完成实验报告，也是一个信息化实验室需要探索的区域。受益于高度结构化的电子实验记录系统，报告自动化系统可以自动获取Excel报告所需要的项目设计、实验记录和实验结果信息，从而实现自动填写并根据预设逻辑进行分析判断，每年能帮助快速完成近万份报告的书写，并通过自动化QC和人工复核确保准确。

• 整个过程没有任何复制粘贴操作，将人工书写中100+复制粘贴步骤直接缩减为零，减少耗时的同时也规避潜在人为错误，更加准确、及时的交付最终的报告。
• 生成的报告再结合自动化QC的工具，最大程度的缩减完成报告所需的时间。
• 报告自动化系统可以根据实验类型的不同，定制化的设计报告样式和数据内容。从而适应实验的多样化，提高系统的覆盖程度。

在上述系统之外，药明康德DMPK仍有其他的信息化工具来辅助科研工作，它们也在各自模块产生和积累信息。当信息关联、数据传递，将多系统对接和整合，形成一个平台化的模式，再加上严格的日志记录和标准的数据存储，将能实现全流程的精确监控和数字化管理。这些信息化系统和结构化数据，将成为日后建设自动化和智能化实验室的坚实基础。

三、走向智能化的信息化实验室平台

在拥有信息化平台后，更多的自动化智能化设备和软件也走进了实验室，这让更多的技术有了施展的空间。物联网、智能仓储、自动样品处理，智能化实验室的目标似乎不再遥远，哪怕只是一个环节，也能慢慢走向智能化。在之后的文章中，我们会谈到智能硬件在DMPK实验室的应用。

在信息化平台中，我们设置多种质控的功能，以保证实验的质量和审计追踪。而在智能化的未来，质控和合规监督的功能也将愈发重要。走出实验室，如何将项目相关的进度、数据能更便捷的展现给客户，在之后的文章中，我们也会呈现相关的研究和开发成果。

在实验背后，海量数据被存储在数据库中，机器人流程自动化和机器学习能让科学家们对数据有更深的理解从而去帮助新药开发研究。在“互联网+医药”环境下，已有的信息化平台将作为构建智能化实验室的基础，先进的高精度自动化设备与应用实验数据的结合，将会提高项目实施效率并节省成本。随着互联网技术的不断发展，不同领域科技产品的成熟，将会在实验室各个角落得到不同范围的应用。相信在不远的将来，一个更加智能化的DMPK实验室就会出现。

药明康德DMPK依托在中国（上海、苏州、南京和南通）和美国（新泽西）的研发中心，提供从早期筛选、临床前开发、到临床研究阶段的综合型药代动力学服务，助力您快速推进药物研发流程。拥有上千人的研发团队，服务超1600家全球客户，具有超过十五年的新药申报经验，已成功支持超过1500个新药临床研究申请（IND）。 

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参考文献：

[1]Burger, B., Maffettone, P.M., Gusev, V.V. et al. A mobile robotic chemist. Nature 583, 237–241 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2442-2

[2]BORMAN, STU. Electronic Laboratory Notebooks May Revolutionize Research Record Keeping[J]. Chemical & Engineering News, 1994, 72(21):10-20.

[3] Waligorski, M., Kihlén, M. Electronic Lab Notebooks—A Crossroads is Passed. Drug Discov. Today. 2003, 8, 1007–1009.

作者：倪德伟，赵伟，李洪叶

编辑：方健，钱卉娟

设计：倪德伟