Blockchain et Machine Learning : sécuriser la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique

Depuis de nombreuses années, les entreprises pharmaceutiques peinent à suivre les produits tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Cette lacune a facilité l'introduction de médicaments contrefaits sur le marché.

Pour contrer ce problème, un nouveau système de traçabilité des médicaments est nécessaire. Les chercheurs estiment que la blockchain peut fournir la base technologique d'un tel système, car elle permet de suivre les médicaments légitimes et d'empêcher la circulation des faux.

L'Organisation mondiale de la santé définit les médicaments contrefaits comme ceux qui « sont fabriqués frauduleusement, mal étiquetés, de qualité inférieure, masquant la source ou l'identité, et ne respectant pas les normes définies ».

Bien que de tels médicaments puissent contenir certains ingrédients authentiques, ils peuvent aussi contenir des ingrédients toxiques au niveau de la production. S'ils sont consommés, ils peuvent causer de graves problèmes de santé.

Parfois, les fabricants de médicaments contrefaits utilisent les logos d'entreprises réputées pour écouler leurs produits. Bien que ce soit un problème mondial, cette pratique affecte de manière disproportionnée les pays en développement.

Les médicaments contrefaits sont distribués via un réseau hautement complexe, les rendant difficiles à détecter et à retirer. Pour prévenir leur distribution, un système capable de tracer et suivre la livraison des médicaments à chaque étape est nécessaire. La blockchain est la dernière innovation qui promet d'atteindre cet objectif.

La blockchain a été créée à l'origine pour servir de journal de transactions pour le Bitcoin. Elle fournit un registre distribué pour le stockage d'enregistrements de données, organisés en plusieurs « blocs ». Les données collectées incluent l'heure, la date, le prix et les participants de chaque transaction. Lorsqu'un bloc change, toutes les pièces se mettent à jour en conséquence, garantissant des informations à jour pour chaque transaction.

Appliquée à la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique, la blockchain offre un registre électronique par lequel tous les acteurs du réseau peuvent voir et valider les informations.

Pour créer un système de gestion de chaîne d'approvisionnement pharmaceutique sécurisé, les concepteurs ont proposé l'utilisation de la blockchain avec Hyperledger Fabric. Ce logiciel est capable de surveiller et suivre toutes les étapes du processus de livraison des médicaments. Il peut configurer plusieurs bases de données d'état mondial pour maintenir un ensemble de valeurs actuelles. Appliqué au monde pharmaceutique, il permet de tracer précisément les médicaments où qu'ils se trouvent dans le monde.

Pour lutter contre les médicaments contrefaits, les chercheurs ont proposé un système de gestion et de recommandation de la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique basé sur la blockchain et le machine learning (DSCMR). Il est important de distinguer ces deux composants complémentaires : dans le système de gestion des médicaments, les utilisateurs peuvent suivre le médicament à chaque étape, passer des commandes, mettre à jour les commandes, etc., tandis que le système de recommandation identifie le meilleur médicament pour les clients pharmaceutiques grâce à des modules basés sur le N-gramme et LightGBM (machine learning).

Avec le système de gestion de la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique, les utilisateurs peuvent effectuer des transactions telles que vérifier les informations du médicament, suivre et tracer les commandes, et mettre à jour les enregistrements. Les utilisateurs peuvent inclure patients, médecins, fabricants, distributeurs, pharmacies et hôpitaux. Les données relatives aux différents utilisateurs sont stockées dans la blockchain, comme le montre cette image.

Chaque utilisateur dispose d'une application web pour effectuer des transactions, communiquer avec le réseau blockchain, et suivre le statut de la livraison. Pour garantir la sécurité tout au long de la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique, tous les utilisateurs doivent recevoir l'autorisation de consulter les détails complets des médicaments. Ils utilisent l'application client pour se connecter et effectuer leurs transactions respectives.

Pour soumettre une proposition de transaction, les utilisateurs doivent faire une demande avec leurs identifiants. Si elle est jugée valide, la demande est envoyée aux nœuds pairs du système pour être examinée et approuvée. Ces nœuds examinent la proposition et accordent l'approbation si elle remplit les critères du contrat intelligent (smart contract). Ils valident également les résultats des transactions et les enregistrent dans le registre. Une fois cette action terminée, le registre met à jour toutes les données pour que tout le monde puisse les voir. La procédure proposée est visible ici.

Pour le système de recommandation de médicaments, un jeu de données public d'avis d'utilisateurs de médicaments a été créé pour entraîner le système et prédire les médicaments les plus efficaces disponibles dans l'industrie. Les données d'avis incluent des informations sur les effets secondaires, les bénéfices et les commentaires des clients reçus dans l'application client mentionnée plus haut.

Le système de recommandation est également capable de s'auto-entraîner via le modèle N-gramme, en reconnaissant de nouveaux avis et en mettant à jour les résultats en conséquence. Cela est illustré dans cette figure.

L'utilisation de contrats intelligents limite le nombre d'individus impliqués dans une transaction donnée. Un contrat intelligent fournit aux parties un moyen d'échanger des informations, des biens, ou même de l'argent sans recourir à un tiers agent ou courtier. Typiquement, il consiste en lignes de code informatique qui font respecter l'accord.

Dans le réseau proposé, Java et Node.JS ont été utilisés pour écrire les contrats intelligents. Ils sont stockés dans le registre distribué de la blockchain, où ils sont protégés contre la falsification ou la suppression éventuelle.

Plusieurs conclusions ont émergé des tests du système DSCMR basé sur le machine learning. Dans le système de gestion des médicaments, l'application client mentionnée plus haut peut communiquer efficacement avec la blockchain. Une fois l'identité d'un utilisateur validée par les nœuds pairs, il peut commencer les transactions. Comme le montre cette figure, les fabricants peuvent ajouter, mettre à jour ou supprimer les détails des médicaments dans la blockchain. Les autres participants — médecins, hôpitaux, pharmacies — peuvent consulter ces enregistrements et apporter des modifications et mises à jour aux informations des médicaments selon les besoins, comme on le voit ici.

Le serveur REST composer facilite la communication entre l'application client et la blockchain. Toute demande de validation de transaction est envoyée via le serveur, puis stockée dans la blockchain. Ce processus est démontré ici.

Quant au système de recommandation de médicaments, quatre pathologies ont été testées : acné, hypertension, anxiété et dépendance à l'alcool. En utilisant l'application client, le système a suggéré avec précision le meilleur médicament pour les clients de manière sécurisée et transparente. Les patients pouvaient également tracer la source du médicament pour déterminer s'il était authentique ou contrefait.

Le système DSCMR offre quatre avantages principaux dans la lutte contre la contrefaçon de médicaments :

• Il peut recommander les médicaments les mieux notés et les plus efficaces aux clients.
• Il permet aux patients d'accéder directement au système via une application client, et aux clients pharmaceutiques (médecins) via leurs identifiants.
• Il offre aux clients une expérience sécurisée et transparente.
• Les patients peuvent vérifier l'ensemble de la source de leur médicament en scannant un code-barres.

Qu'il s'agisse de médecins, pharmaciens, hôpitaux ou fabricants, tous les acteurs de la chaîne pourront suivre le médicament concerné tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Cela aide à prévenir l'entrée de faux médicaments dans la chaîne et réduit le problème de la contrefaçon.

Daniel Browning est coordinateur du développement commercial chez Do Supply Inc.