Tibco Spotfire Interaktive, visuelle Analytik

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Interaktive, visuelle Analytik

Kampf gegen Krebs

Von der landesweiten Erfassung und Auswertung von Krebsforschungsaktivitäten bis hin zur Auswertung von Testreihen in der Gen- und Krebsforschung: Eine Enterprise-Analytics-Plattform leistet wertvolle Dienste bei der Analyse umfangreicher und komplexer Daten in der medizinischen Forschung.

ie Entwicklung neuer Therapien gegen Krebs hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Dazu hat wesentlich ein besseres Verständnis der biologischen Grundlagen von Krebserkrankungen beigetragen. Die Erforschung dieser Grundlagen auf molekularer Ebene erzeugt sehr große Datenmengen, die ohne geeignete rechnergestützte Werkzeuge und Methoden der Analyse keine weiteren wissenschaftlichen Erkenntnisse ermöglichen würden. Weltweit nutzen Wissenschaftler die interaktiv-visuellen Analytics-Anwendungen von Tibco Spotfire – in der klinischen Forschung, aber auch für pharmazeutische Marktstudien.

Das renommierte Dana-Farber Cancer Institute in Boston, Massachusetts, ist Teil der Harvard Medical School und gehört zu den führenden Krebsforschungs- und Behandlungszentren in den USA. Für eine landesweite Untersuchung des Wettbewerbsumfeldes im Bereich Impfstoffe gegen Krebs entwickelte Karen Maloney, Business Development Manager am Cancer Vaccine Center (CVC) des Dana-Farber Cancer Institute in Zusammenarbeit mit Xiaohong Cao, einer Expertin für Bioinformatik, die Idee, klinische Studien über Impfstoffe auszuwerten, um potenzielle Mitbewerber zu finden. Aus der Zusammenarbeit der beiden entstand die erste detaillierte Marktanalyse im Bereich Impfstoffe gegen Krebs am CVC.

Die Wettbewerber von morgen in öffentlichen Datenbanken finden

Cao wertete 645 klinische Studien mit Bezug zum Thema Impfstoffe gegen Krebs aus. Die Daten wurden in XML aus der Website »Clinicaltrials.gov« extrahiert. Sie enthielten beispielsweise Informationen über den Studienzweck, den Geldgeber, die Phase der Untersuchung und den Ort. Weitere umfangreiche Statistiken, etwa über die Häufigkeit der Erkrankung oder die Sterberate, stammten vom National Cancer Institute.

Obwohl Informationen über klinische Impfstoffstudien in den USA im Internet zur Verfügung stehen und gut kategorisiert sind, gibt es große Inkonsistenzen und Redundanzen im Datenregister. Für ein wirklich gutes Verständnis der Forschungslandschaft musste man deshalb in der Lage sein, gleichzeitig einen Überblick zu gewinnen und detaillierte Analysen durchzuführen. Ganz abgesehen vom enormen Zeitaufwand, wäre es extrem schwierig gewesen, alle Informationen aus den unterschiedlichen Datenquellen mit Hilfe einer Tabellenkalkulation auszuwerten, um Datenbezüge zu verstehen oder Trends und Muster zu erkennen. Auch der Einsatz herkömmlicher Business-Intelligence-Tools kam nicht infrage, weil dafür erhebliche IT-Ressourcen notwendig gewesen wären. Für die Datenanalyse und -auswertung schlug Cao das visuell-interaktive Analytics-Tool Tibco Spotfire DXP vor.

Cao hatte bereits Erfahrung mit Tibco Spotfire. Bei der Genzyme Corporation, wo sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig ist, setzt man Spotfire regelmäßig in der Genforschung, im Wirkstoffscreening und für Analysen weiterer allgemeiner Forschungsdaten ein. Aufgrund seiner Flexibilität und Visualisierungsmöglichkeiten würde Spotfire sehr gut geeignet sein, um Informationen über Institutionen, Krankheiten, Behandlungsansätze, klinische Studiendaten und die Anzahl der Studien zu einzelnen Krebsarten sowie klinische Möglichkeiten und pharmazeutische Marktanteile schnell zusammenzufassen und zu visualisieren.

Zu Beginn des Projekts importierte Cao die Datensätze in Spotfire und konfigurierte die Anwendung für eine erste Einschätzung der klinischen Studien zu Krebsimpfstoffen. Auch für die Präsentation der vorläufigen Ergebnisse nutzte sie eine Schnittstelle zu Spotfire. Nach der Ausformulierung des analytischen Ansatzes war das Projekt innerhalb von drei Monaten abgeschlossen, wobei ein Großteil der Zeit für die Bereinigung der Inkonsistenzen innerhalb der Datenbanken und der richtigen Zuordnung von Daten aufgewendet wurde. »Die Qualität und das Format der Daten kosteten uns Zeit«, erläutert Brusic, Director of Bioinformatics bei CVC, der bei der Ausformulierung des analytischen Ansatzes mitwirkte. »Aber wir waren beeindruckt von der Schnelligkeit, mit der wir mit Hilfe von Spotfire bei der Verfeinerung von Datenformaten und Klassifizierungen verschiedene Iterationen durchführen konnten.«

»Spotfire ist ideal für Zusammenfassungen, Visualisierungen und für tabellarische Aufstellungen geeignet«, erklärt Cao. »Die grafische Benutzeroberfläche und die Drag-and-Drop-Funktionalität machen es Anwendern einfach, sich schnell zurecht zu finden.« Auch die Möglichkeit, sofort Abfragen zu erstellen und Analysen in kurzer Zeit weiter zu verfeinern, ist für Cao wichtig: »Spotfire gibt uns eine dynamische Sicht auf die Analysen. Ausgehend von einer Gesamtschau kann man schnell immer tiefer in die Daten eintauchen und immer deutlicher Muster und ‚Ausreißer‘ erkennen.«

Systematisch ausgeschaltete Gene

Auch in der Spitzenforschung am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg kommt Tibco Spotfire zum Einsatz, und zwar in den Bereichen Genomforschung, Erregersuche und im Screening von Substanzbibliotheken.

Die Gruppe um den Forscher Prof. Dr. Michael Boutros untersucht krebsrelevante Signalwege innerhalb von Zellen. Das Ziel ist unter anderem, systematisch neue Gene zu finden, die zur Entstehung von Krebs beitragen können. Hierzu werden sämtliche Gene in einer Zelle einzeln ausgeschaltet, um den jeweiligen Effekt des Funktionsverlusts untersuchen zu können. Die dabei angewandten Hochdurchsatz-Screening-Verfahren erzeugen sehr große Datenmengen, die mit Hilfe statistischer Verfahren ausgewertet werden. Die Analytics-Lösung von Tibco Spotfire unterstützt die detaillierte Präsentation der dabei entstehenden enormen Datenmengen und beschleunigt durch die leistungsfähige und interaktive Visualisierung den Forschungsprozess.

Infektionserreger und Krebs

Mit dem Einfluss von Infektionen bei der Krebsentstehung beschäftigt sich das Forscherteam um Dr. Michael Pawlita, das damit die Forschungsarbeiten von Professor Harald zur Hausen, dem langjährigen Vorsitzenden des DKFZ fortführt. Zur Hausen erbrachte den Nachweis, dass humane Papillomviren (HPV) an der Entstehung des Gebärmutterhalskrebses ursächlich beteiligt sind. Für diese Entdeckung erhielt er im Jahr 2008 den Nobelpreis für Medizin. Seine Grundlagenforschung hat die Entwicklung des ersten Impfstoffs gegen Krebs ermöglicht. Schon seit längerem besteht der Verdacht, dass weitere Krebskrankheiten durch Infektionen ausgelöst werden. Um diese Erreger zu identifizieren und darauf basierend geeignete Impfstoffe zu entwickeln, sucht das Team nach entsprechenden Antikörpern in einer hohen Anzahl von Blutproben. Mit Hilfe von Tibco Spotfire können auffällige Muster schneller und gezielter identifiziert werden. Damit wird die Anzahl der benötigten Analysen deutlich verringert.

Screening von Substanzbibliotheken für neue Wirkstoffe

Ein weiterer Nutzer von Spotfire ist die Chemical Biology Core Facility, eine Gemeinschaftseinrichtung des DKFZ, des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) und der Universität Heidelberg. Die Serviceeinheit unter der Leitung von Dr. Joe Lewis unterstützt das Screening kleiner Moleküle und steht Forschern der drei Organisationen zur Verfügung. Kleine Moleküle können als molekulare Werkzeuge für den Einsatz gegen biologisch wichtige Zielmoleküle dienen. Ihre Erforschung ermöglicht die Identifizierung und Erprobung neuartiger und maßgeschneiderter Wirkstoffe. Das Angebot der Serviceeinrichtung umfasst unter anderem die Entwicklung von Tests für das Medium-Durchsatz-Screening, das Screening von Substanzbibliotheken mit bis zu 50.000 Verbindungen und Hilfe bei der Charakterisierung von Verbindungen. Tibco Spotfire wird auch bei den deutschen Wissenschaftlern für seine Flexibilität geschätzt. Die an der Core Facility aufbereiteten Daten werden an die Fachgruppen übergeben. Die visuell-interaktive Analytics-Plattform erlaubt es den Forschern, auffällige Ergebnisse auf einen Blick zu sehen, nach zu verfolgen und neue Zusammenhänge zu verstehen. So unterstützt Tibco Spotfire die Forscher sowohl bei Aufgaben, die eine hohe Automatisierung zulassen, als auch bei Fragestellungen, die nur durch die individuelle Interpretation eines Fachexperten beantwortet werden können.

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