I medici curano i bambini malati di cancro anche grazie ai servizi serverless AWS

Con sede a Columbus nell'Ohio, NCH è uno dei più grandi ospedali pediatrici degli Stati Uniti. L'IGM di NCH è specializzato nella generazione e nell'analisi di dati genomici e utilizza campioni di sangue e oncologici per aiutare i medici a trattare meglio i pazienti pediatrici. L'IGM gestisce 6-7 PB di dati genomici, che aumentano di 1-2 PB ogni anno, e ha effettuato la migrazione da un ambiente on-premise al cloud AWS nel 2017. "Occupandoci di tutto on-premise, non riuscivamo a tenere il passo con i nostri obiettivi", afferma Grant Lammi, Cloud Development Manager presso l'IGM di NCH. "Avevamo bisogno di una soluzione che offrisse calcolo e archiviazione più elastici, quindi abbiamo effettuato la migrazione al cloud".

Nel 2021, l'IGM aveva già cominciato a utilizzare AWS Step Functions. Quando nello stesso anno il National Cancer Institute e il Children's Oncology Group si sono rivolti all'IGM, l'istituto si trovava in una posizione favorevole per gestire il progetto di caratterizzazione molecolare ad alta intensità di calcolo. "Era necessario sequenziare i genomi di praticamente tutti i bambini malati di cancro negli Stati Uniti per vedere se erano idonei a studi clinici in grado di curarli", spiega Lammi. "Con AWS, siamo stati in grado di effettuare il dimensionamento dal protocollo di ricerca interno alla gestione di casi provenienti da tutto il Paese in circa dodici mesi".

Utilizzando le soluzioni serverless AWS, l'IGM trasforma i campioni oncologici provenienti da pazienti pediatrici in dati preziosi. Dopo che i campioni sono stati sottoposti ai flussi di lavoro di sequenziamento, un esperto interpreta i risultati e prepara due referti: uno che fornisce risultati anonimi ai ricercatori del National Cancer Institute e l'altro che aiuta i medici a determinare il miglior trattamento per i pazienti. I ricercatori del National Cancer Institute possono accedere a tali informazioni attraverso un bucket dedicato su Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), il servizio di archiviazione di oggetti che offre scalabilità, disponibilità dei dati, sicurezza e prestazioni ai massimi livelli del settore. L'ospedale utilizza AWS Identity and Access Management (AWS IAM), il servizio che gestisce in modo sicuro le identità e l'accesso ai servizi e alle risorse AWS, per proteggere i dati dei pazienti in tutta la pipeline e impedire agli utenti non autorizzati di accedere a informazioni sanitarie sensibili.

L'IGM utilizza AWS Step Functions per automatizzare l'analisi dei campioni oncologici ed esegue più processi contemporaneamente utilizzando Batch AWS, che consente di eseguire in modo efficiente centinaia di migliaia di processi di calcolo in batch e di machine learning. L'ospedale utilizza Amazon EventBridge, il router di eventi serverless, per emettere eventi durante tutto il flusso di lavoro e monitorare l'avanzamento di ciascun campione oncologico durante il percorso dalle analisi primarie, secondarie e terziarie. "Poiché sono attivati dagli eventi di Amazon EventBridge, i flussi di lavoro di sequenziamento sono tutti automatizzati", spiega Lammi. "Oltre a dare il via alla procedura in laboratorio, non è necessario alcun intervento manuale". I dati vengono poi archiviati in Amazon DynamoDB, il database NoSQL chiave-valore serverless e completamente gestito, progettato per eseguire applicazioni ad alte prestazioni su qualsiasi scala.

Utilizzando i servizi serverless AWS, l'IGM ha risparmiato molto tempo grazie all'automazione. "Abbiamo acquisito tempo supplementare senza sforzo", afferma Lammi. "Una volta che ricaviamo i dati dal laboratorio e li sincronizziamo, ci vuole circa un giorno per elaborare il genoma e preparare i risultati per la revisione". Poiché non è più necessario gestire manualmente ogni fase del flusso di lavoro di sequenziamento, l'ospedale ha ridotto il rischio di errore umano e analizza campioni oncologici 24 ore al giorno.

L'IGM ora concentra il tempo a disposizione sulla scrittura di software scientifico per migliorare i risultati dei pazienti, piuttosto che sulla gestione dell'infrastruttura. Poiché analizza i campioni oncologici a un ritmo più veloce, l'ospedale fornisce dati importanti ai medici e aiuta i pazienti pediatrici a ricevere le cure necessarie. "Ci sono bambini in carne e ossa che hanno bisogno dei risultati che generiamo e ne hanno bisogno il prima possibile", sottolinea Lammi. "Prima riusciamo a consegnare il referto a un medico, meglio sarà per il bambino. È questa la motivazione alla base del nostro lavoro".

Grazie alle soluzioni serverless AWS, l'IGM si muove molto più velocemente rispetto agli sviluppatori ospedalieri tradizionali. È in grado di analizzare rapidamente campioni oncologici prelevati da pazienti pediatrici per consigliare il trattamento e favorire in tal modo risultati migliori per i pazienti. Inoltre, l'IGM effettua il dimensionamento senza preoccuparsi della capacità di calcolo; ora l'istituto ha la certezza di gestire i propri flussi di lavoro a prescindere dal numero di test da eseguire.

In futuro, NCH prevede di estendere la soluzione ad altri programmi, come la diagnosi e il trattamento dell'epilessia e di malattie genetiche rare. "Utilizzando le soluzioni serverless AWS, ci concentriamo non sulla manutenzione della tecnologia ma sui risultati della scienza", afferma Lammi. "Ci concentriamo sul miglioramento della vita dei bambini di tutto il mondo".