Anwenden von Blockchain und maschinellem Lernen auf Arzneimittellieferketten

Seit vielen Jahren haben Pharmaunternehmen Mühe, Produkte durch die Lieferkette zu verfolgen. Dieser Nachteil hat es Fälschern leicht gemacht, gefälschte Medikamente auf den Markt zu bringen.

Um dem Problem entgegenzuwirken, wird ein neues System zur Verfolgung und Rückverfolgung von Medikamenten benötigt. Forscher glauben, dass Blockchain die technologische Grundlage für ein solches System bieten kann, da sie legitime Drogen verfolgen und dazu beitragen kann, die Verbreitung gefälschter Drogen zu verhindern.

Gefälschte Medikamente werden von der Weltgesundheitsorganisation als solche definiert, die „in betrügerischer Absicht hergestellt, falsch gekennzeichnet sind, [von] geringer Qualität sind, die Herkunftsdetails oder Identität verbergen und [nicht dem] definierten Standard folgen“.

Während solche Medikamente einige echte Inhaltsstoffe enthalten können, können sie auf Produktionsebene auch giftige Inhaltsstoffe enthalten. Wenn sie konsumiert werden, können sie ernsthafte Gesundheitsprobleme verursachen.

Manchmal verwenden die Hersteller gefälschter Medikamente die Logos seriöser Unternehmen, um ihre Produkte auf den Markt zu bringen. Obwohl es sich um ein weltweites Problem handelt, betrifft diese Praxis überproportional die Entwicklungsländer.

Arzneimittelfälschungen werden über ein hochkomplexes Netzwerk verteilt, wodurch sie schwer zu erkennen und zu entfernen sind. Um ihre Verteilung zu verhindern, ist ein System erforderlich, das die Medikamentenabgabe in jeder Phase verfolgen und verfolgen kann. Blockchain ist die neueste Innovation, die dieses Ziel zu erreichen verspricht.

Blockchain wurde ursprünglich entwickelt, um als Transaktionsprotokoll für Bitcoin zu dienen. Es bietet ein verteiltes Hauptbuch zur Speicherung von Datensätzen, die in mehreren „Blöcken“ angeordnet sind. Die gesammelten Daten umfassen die Uhrzeit, das Datum, den Preis und die an jeder Transaktion beteiligten Teilnehmer. Wenn sich ein Block ändert, werden alle Teile entsprechend aktualisiert, um aktuelle Informationen für jede Transaktion zu gewährleisten.

Bei Anwendung auf die pharmazeutische Lieferkette bietet Blockchain ein elektronisches Hauptbuch, mit dem jeder im Netzwerk Informationen einsehen und validieren kann.

Um ein sicheres Managementsystem für die Lieferkette von Arzneimitteln zu schaffen, schlugen die Designer die Verwendung von Blockchain mit Hyperledger Fabric vor. Diese Software ist in der Lage, alle Teile des Arzneimittelabgabeprozesses zu überwachen und zu verfolgen. Es kann mehrere Weltzustandsdatenbanken konfigurieren, um einen Satz aktueller Werte zu verwalten. Wenn es auf die pharmazeutische Welt angewendet wird, ermöglicht es die genaue Rückverfolgung von Medikamenten, unabhängig davon, wo sie sich auf der Welt befinden.

Um gefälschte Medikamente zu bekämpfen, haben Forscher ein Blockchain- und Machine-Learning-basiertes Drug Supply Chain Management and Recommendation System (DSCMR) vorgeschlagen. Es ist wichtig, zwischen diesen beiden sich ergänzenden Komponenten zu unterscheiden – im Medikamentenmanagementsystem können Benutzer das Medikament bei jedem Schritt verfolgen, Bestellungen aufgeben, Bestellungen aktualisieren und mehr, während das Empfehlungssystem das beste Medikament für Pharmakunden durch die Verwendung von . ermittelt Auf maschinellem Lernen basierende N-Gram- und LightGBM-Module.

Mit dem Supply-Chain-Management-System für Medikamente können Benutzer Transaktionen wie das Überprüfen von Medikamenteninformationen, das Verfolgen und Nachverfolgen von Bestellungen und das Aktualisieren von Datensätzen durchführen. Benutzer können Patienten, Ärzte, Hersteller, Händler, Apotheken und Krankenhäuser sein. Daten zu verschiedenen Benutzern werden in der Blockchain gespeichert, was in diesem Bild gezeigt wird.

Jedem Benutzer wird eine Webanwendung zur Verfügung gestellt, mit der er Transaktionen durchführen und mit dem Blockchain-Netzwerk kommunizieren sowie den Lieferstatus verfolgen kann. Um die Sicherheit in der gesamten pharmazeutischen Lieferkette zu gewährleisten, müssen alle Benutzer die Erlaubnis erhalten, alle Details von Arzneimitteln zu überprüfen. Sie verwenden die Client-Anwendung, um sich anzumelden und ihre jeweiligen Transaktionen durchzuführen.

Um einen Transaktionsvorschlag einzureichen, müssen Benutzer eine Anfrage mit ihren Anmeldeinformationen stellen. Wenn sie als gültig erachtet wird, wird die Anfrage zur Überprüfung und Genehmigung an Peer-Knoten im System gesendet. Diese Knoten prüfen den Vorschlag und erteilen die Genehmigung, wenn er die Smart Contract-Kriterien erfüllt. Sie validieren auch die Ergebnisse der Transaktionen und erfassen sie im Ledger. Sobald diese Aktion abgeschlossen ist, aktualisiert das Ledger alle Daten für alle sichtbar. Das vorgeschlagene Verfahren kann hier eingesehen werden.

Für das Drogenempfehlungssystem wurde ein öffentlicher Bewertungsdatensatz basierend auf Bewertungen von Drogenkonsumenten erstellt, um das System zu schulen und die wirksamsten in der Branche verfügbaren Medikamente vorherzusagen. Die Bewertungsdaten umfassen Informationen zu Nebenwirkungen, Vorteilen und Kommentaren von Kunden, die in der oben erwähnten Kundenanwendung erhalten wurden.

Das Empfehlungssystem kann sich auch durch das N-Gram-Modell selbst trainieren, indem es neue Bewertungen erkennt und die Ergebnisse entsprechend aktualisiert. Dies wird in dieser Abbildung gezeigt.

Die Verwendung von Smart Contracts begrenzt die Anzahl der Personen, die an einer bestimmten Transaktion beteiligt sind. Ein Smart Contract bietet Parteien die Möglichkeit, Informationen, Eigentum oder sogar Geld auszutauschen, ohne dass ein externer Agent oder Makler eingesetzt wird. Normalerweise besteht es aus Zeilen Computercode, die die Vereinbarung durchsetzen.

Im vorgeschlagenen Netzwerk wurden Java und Node.JS verwendet, um Smart Contracts zu schreiben. Sie werden im Distributed Ledger der Blockchain gespeichert, wo sie vor Manipulation oder möglicher Löschung geschützt sind.

Beim Testen des vorgeschlagenen auf maschinellem Lernen basierenden DSCMR-Systems wurden mehrere Schlussfolgerungen gezogen. Im Drug-Management-System kann die zuvor erwähnte Client-Anwendung effektiv mit der Blockchain kommunizieren. Sobald die Identität eines Benutzers von den Peer-Knoten validiert wurde, können sie Transaktionen starten. Wie in dieser Abbildung gezeigt, können Hersteller Arzneimitteldetails in der Blockchain hinzufügen, aktualisieren oder löschen. Andere Teilnehmer wie Ärzte, Krankenhäuser und Apotheken können diese Aufzeichnungen einsehen und bei Bedarf Änderungen und Aktualisierungen an den Arzneimittelinformationen vornehmen, siehe hier.

Der REST Server Composer unterstützt die Kommunikation zwischen der Client-Anwendung und der Blockchain. Alle Anfragen zur Validierung von Transaktionen werden über den Server gesendet und dann in der Blockchain gespeichert. Dieser Vorgang wird hier demonstriert.

Was das Medikamentenempfehlungssystem betrifft, wurden vier Bedingungen getestet:Akne, Bluthochdruck, Angstzustände und Alkoholabhängigkeit. Mithilfe der Client-Anwendung arbeitete das System daran, den Kunden auf sichere und transparente Weise die beste Medizin vorzuschlagen. Patienten könnten auch die Quelle des Arzneimittels verfolgen, um festzustellen, ob es echt oder gefälscht war.

Das DSCMR-System bietet vier Hauptvorteile bei der Bekämpfung von Arzneimittelfälschungen:

• Es kann den Kunden das am besten bewertete und beste Medikament empfehlen.
• Es ermöglicht Patienten den direkten Zugriff auf das System über eine Client-Anwendung und pharmazeutischen Kunden wie Ärzten, indem sie ihre Zugangsdaten verwenden.
• Es kann Kunden ein sicheres und transparentes Erlebnis bieten.
• Patienten können die gesamte Quelle ihres Medikaments überprüfen, indem sie einen Strichcode scannen.

Ob Ärzte, Apotheker, Krankenhäuser oder Hersteller – alle Beteiligten in der Kette können das jeweilige Medikament entlang der Lieferkette verfolgen. Dies trägt dazu bei, das Eindringen von gefälschten Medikamenten in die Kette zu verhindern und reduziert das Problem gefälschter Medikamente.

Daniel Browning ist Business Development Coordinator bei Do Supply Inc.