Biofy beschleunigt die lebensrettende Krankheitsdiagnose, unterstützt von NVIDIA

Um die Zeitspanne von der Prüfung bis zur Behandlung zu verkürzen, hat Biofy eine Cloud-native Pipeline auf Oracle Cloud Infrastructure (OCI) implementiert, die NVIDIA-beschleunigte Algorithmen ausführt, um vollständige bakterielle Genome zusammenzustellen, sie als Vektoren einzubetten und diese Vektoren mit einer größeren Datenbank mikrobieller Genome und Resistenzmarker abzugleichen.

Im Anschluss an diesen Prozess folgt die Empfehlungs-Engine von Biofy namens Abby, die in der Lage ist, identifizierte Resistenzgene zu analysieren und die wirksamsten Antibiotika oder Behandlungsmethoden für bestimmte Infektionen vorzuschlagen. Die Ergebnisse von Abby werden nahtlos in den klinischen Workflow eingespeist, um sicherzustellen, dass festgelegte Pläne schnell in die Tat umgesetzt werden – was Zeit und Leben spart.

Während des Entwicklungsprozesses war Biofy mit einem erheblichen Engpass zu kämpfen: Die Zusammenstellung von Genomen mit hohem Durchsatz, die Vektorsuche in Hunderttausenden von Genomen und das Training mit großen Modellen erfordern eine enorme parallele Rechenleistung, die CPUs innerhalb idealer klinischer Zeitfenster einfach nicht bereitstellen können.

Biofy nutzte NVIDIA GPUs in Kombination mit der OCI-KI-Infrastruktur, um leistungsstarkes KI-Training und Inferenz anzubieten – 50 % besser bei bis zu der Hälfte der Kosten – mit enger, optimierter Integration unter Verwendung der Daten- und Vektorplattformen von Oracle.

Der End-to-End-Diagnoseprozess ist jetzt in etwa vier Stunden abgeschlossen, gegenüber fünf Tagen für Standard-Laborergebnisse – eine 30-fache Beschleunigung. Darüber hinaus berücksichtigt die Lösung von Biofy, anstatt sich auf eine feste Gruppe von Genen zu konzentrieren, ganze Genome und Resistenzmuster, wodurch die diagnostische Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden auf rund 95 % erhöht wird.

Laborwissenschaftler und Spezialisten für Infektionskrankheiten können jetzt schnelle, zuverlässige Ergebnisse erzielen, die in ihre bestehenden Arbeitsabläufe passen, wodurch Unklarheiten bei der Diagnostik und Burnout reduziert werden.

Das führende Biologiemodell von Biofy trägt der anhaltenden Variabilität bei der Erkennung und Behandlung von Infektionskrankheiten Rechnung. Das Modell basiert auf der Llama 3-Architektur und generiert kontinuierlich über 100.000 synthetische DNA-Sequenzen, um neue Resistenzvarianten vorherzusagen und die Genauigkeit bei der Mutation von Bakterien hoch zu halten.

Die Full-Stack-Plattform von NVIDIA wurde für die Entwicklung des Systems von Biofy genutzt, einschließlich NVIDIA RAPIDS™ zur Beschleunigung umfangreicher DNA-Matrix-Operationen und Einbettungen auf GPUs, NVIDIA® CUDA®-beschleunigte Bibliotheken über OCI und 32x H100 Tensor Core-GPUs für das Training und die Bereitstellung von LLM-basierten und proprietären genomischen Modellen. RAPIDS umfasst NVIDIA cuDF für die Verarbeitung großer Mengen an DNA-Daten und NVIDIA cuML für die Korrektur von Fehlern in der DNA.

Die Speicherung von genomischen Vektoren erfolgte in der Oracle Autonomous AI Database mit Oracle AI Vector Search, um die Modellinferenz schnell und kosteneffizient zu gestalten. Oracle evaluiert NVIDIA cuVS, um die Vektorsuche und den Indexaufbau auf Basis von Oracle Database 26ai zu beschleunigen.

Diese automatisierte, NVIDIA-beschleunigte KI-Pipeline kann das aktuelle System in einen optimierten Prozess verwandeln, der Hunderttausende von bakteriellen Genomen und synthetischen DNA-Variationen innerhalb weniger Minuten ausführt, sodass Laborteams und Ärzte sich auf die Patientenversorgung und Behandlungspläne konzentrieren können statt auf die manuelle Analyse.

Seit der kommerziellen Einführung der Lösung von Biofy wurden mehrere Tausend Tests durchgeführt und mehr als hundert Leben gerettet. Täglich kommen neue Fälle hinzu, insbesondere Fälle, in denen Labore keine Bakterien identifizieren können, und Biofy liefert innerhalb weniger Stunden ein genaues Ergebnis.

Ein aktueller Fall berichtete von einem Patienten mit einer schweren Beininfektion, dem eine Amputation drohte, da es dem Labor schwerfiel, die Bakterien schnell genug zu identifizieren, um innerhalb des praktikablen Behandlungsfensters einen Pflegeplan umzusetzen. Mithilfe von Abby von Biofy war es möglich, innerhalb weniger Stunden die Diagnose zu erstellen und den am besten geeigneten medizinischen Plan zu starten, wodurch das Bein und das Leben dieses Patienten gerettet wurden.

Derzeit arbeitet Biofy daran, seine genomische Plattform auf neue Krankenhäuser in Brasilien zu erweitern und eine neue Einheit in den USA zu gründen, die den amerikanischen und globalen Markt bedienen soll. Es werden Partnerschaften geschlossen, wie z. B. mit der Healthcare-Division von Oracle und mehreren amerikanischen Bildungs- und Forschungseinrichtungen.

Das Team entwickelt ein großes Peptid-Foundation-Modell, um neuartige antibakterielle Peptide für Pathogene zu entwickeln, die gegen aktuelle Behandlungen resistent sind – mit dem Ziel, in den nächsten zwei Jahren erstklassige, KI-generierte Therapeutika bereitzustellen.

Im Rahmen seiner Strategie für die Technologieentwicklung plant Biofy, seine aktuelle Plattform zu erweitern, um die Identifizierung und Analyse von Pilzen und Viren zu unterstützen, seinen Anwendungsbereich auf Infektionskrankheiten auszuweiten und die diagnostische Genauigkeit und die klinischen Auswirkungen durch fortschrittliche KI zu erhöhen, mit dem kontinuierlichen Ziel, weltweit Leben zu retten.