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生成式AI驅(qū)動(dòng)新藥研發(fā) 助力難成藥靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵

2023.5.18

《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》5月18日訊（記者朱潔琰）?2023年以來(lái)，AI醫(yī)療的場(chǎng)子特別熱！ChatGPT的火爆將AI技術(shù)、生成式技術(shù)與其他行業(yè)的融合推向了新的討論及實(shí)踐高度。其中，醫(yī)藥行業(yè)是與這些革命性技術(shù)結(jié)合的重要方向，企業(yè)家、投資人在行業(yè)會(huì)議里樂(lè)此不疲地談?wù)撝?/p>

AI醫(yī)療相關(guān)概念在資本市場(chǎng)上亦持續(xù)發(fā)酵，從今年年初至今，智能醫(yī)療板塊已累計(jì)上漲超15%。

事實(shí)上，AI醫(yī)療已經(jīng)不是第一次爆火，這一次有什么不一樣？現(xiàn)在行業(yè)發(fā)展到了哪一步？還面臨哪些挑戰(zhàn)？這些都是市場(chǎng)關(guān)注的問(wèn)題。

《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》記者今年以來(lái)就AI醫(yī)療領(lǐng)域參加了多場(chǎng)行業(yè)論壇，本篇文章將把記者獲取到的最新資訊以及對(duì)明星創(chuàng)業(yè)者、專(zhuān)家學(xué)者、投資人的采訪(fǎng)進(jìn)行整理，以更有針對(duì)性的回答上述問(wèn)題。

▌AI或打開(kāi)創(chuàng)新藥研發(fā)想象空間

2021年7月，DeepMind公司與歐洲生物信息研究所（EMBL-EBI）合作開(kāi)發(fā)的AI系統(tǒng)AlphaFold2，榮登Science雜志公布2021年度科學(xué)突破榜單榜首。其能夠預(yù)測(cè)出超過(guò)100萬(wàn)個(gè)物種的2.14億個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，幾乎涵蓋了地球上所有已知蛋白質(zhì)，在制藥界引起很大轟動(dòng)。

與AlphaFold2針對(duì)已知蛋白質(zhì)序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，生成式AI模型可以生成全新的蛋白序列或結(jié)構(gòu)。

有市場(chǎng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，AI+醫(yī)藥真正的魅力體現(xiàn)在使不可能發(fā)現(xiàn)的靶點(diǎn)及成藥機(jī)制成為可能，拓展用于藥物研發(fā)的初始蛋白結(jié)構(gòu)庫(kù)，創(chuàng)造新的藥物方向及增量市場(chǎng)。

“AI是一個(gè)持續(xù)在增長(zhǎng)、且泛化能力更強(qiáng)的技術(shù)，所以我們有理由相信只要去擁抱它，可能醫(yī)療真的會(huì)變得不一樣。只是我們需要先找到問(wèn)題在哪里，然后再看怎么用技術(shù)去解決這樣的問(wèn)題。”啟明創(chuàng)投執(zhí)行董事毛碩在第七屆未來(lái)醫(yī)療100強(qiáng)大會(huì)生成式AI與醫(yī)療健康論壇上說(shuō)。

在英矽智能聯(lián)合首席執(zhí)行官、首席科學(xué)官任峰看來(lái)，傳統(tǒng)藥物研發(fā)面臨著研發(fā)費(fèi)用高、成功率低、周期長(zhǎng)等問(wèn)題?！斑@主要是因?yàn)槟壳坝腥矫娴膯?wèn)題還沒(méi)有得到解決，一是沒(méi)有找到好的靶點(diǎn)，二是如何生成好的分子，三是如何設(shè)計(jì)好的臨床試驗(yàn)方案。而這也正是AI可以起到作用的地方?！?/p>

英矽智能是全球率先將生成式AI應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的公司，已經(jīng)成功賦能多款抗腫瘤候選藥物的發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)。

“英矽智能的AI平臺(tái)建立在生成式AI的基礎(chǔ)上，包括靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)PandaOmics，分子生成平臺(tái)Chemistry42和臨床試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)平臺(tái)inClinico。另外，我們有2款已經(jīng)推進(jìn)到臨床階段的藥物，也均出自生成式人工智能平臺(tái)，包括一款全新機(jī)制用于治療特發(fā)性肺纖維化的候選藥物，還有一款靶向主蛋白酶的口服新冠小分子?！比畏逭f(shuō)。

比如，英矽智能的多模態(tài)生成式強(qiáng)化學(xué)習(xí)平臺(tái)Chemistry42，就是建立在多年對(duì)大型生物、化學(xué)和文本數(shù)據(jù)集建模和訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，包括42個(gè)生成式AI模型和超過(guò)500個(gè)用于評(píng)分的預(yù)測(cè)模型，幫助研究人員通過(guò)基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)（SBDD）和基于配體的藥物設(shè)計(jì)（LBDD）思路，利用尖端深度學(xué)習(xí)技術(shù)從頭開(kāi)始生成具有所需特性的分子。

據(jù)任峰介紹，這42種生成式AI模型包含了生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）、自注意力機(jī)制為基礎(chǔ)（Transformer-based）的知識(shí)圖譜、大型自然語(yǔ)言模型等多種可生成虛擬分子結(jié)構(gòu)的算法；而預(yù)測(cè)模型可以判斷每種模型所生成的候選分子是否達(dá)到所需特性，包括分子的成藥性、穩(wěn)定性、靶點(diǎn)選擇新、是否有晶型鹽型等等。

“我們還會(huì)利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)對(duì)生成未達(dá)標(biāo)分子結(jié)構(gòu)的生成算法進(jìn)行懲罰，反之進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，通過(guò)這種過(guò)濾機(jī)制去掉不準(zhǔn)確的分子。這與ChatGPT的強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RLHF）模型是一樣的道理?！比畏逭f(shuō)。

深勢(shì)科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO孫偉杰也認(rèn)為，AI可以幫助新藥研發(fā)做到過(guò)去做不了的事。深勢(shì)科技是AI for Science的標(biāo)桿企業(yè)，該公司曾在18個(gè)月內(nèi)連續(xù)完成四輪融資。深勢(shì)科技開(kāi)創(chuàng)性地提出了「多尺度建模+機(jī)器學(xué)習(xí)+高性能計(jì)算」的革命性科學(xué)研究新范式，并推出了Bohrium?微尺度科學(xué)計(jì)算云平臺(tái)、Hermite?藥物計(jì)算設(shè)計(jì)平臺(tái)、RiDYMO?強(qiáng)化動(dòng)力學(xué)平臺(tái)及電池材料計(jì)算設(shè)計(jì)平臺(tái)等微尺度工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，顛覆了現(xiàn)有研發(fā)模式，打造“計(jì)算引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)”的全新范式。

AI for Science 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用 AI 去學(xué)習(xí)一系列事物底層運(yùn)作的科學(xué)規(guī)律。

孫偉杰表示：“ AI for Science 也已經(jīng)進(jìn)入到預(yù)訓(xùn)練模型時(shí)代了，那 AI for Science 所處的行業(yè)階段差不多相當(dāng)于 LLM 在 2018 年左右的時(shí)候個(gè)階段。因?yàn)槲覀兛梢园l(fā)現(xiàn) AI for Science 的預(yù)訓(xùn)練模型，它的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們?nèi)魏我粋€(gè)細(xì)分的科學(xué)問(wèn)題上的小模型，那說(shuō)明整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展正在變成由預(yù)訓(xùn)練模型來(lái)驅(qū)動(dòng)的?！?/p>

“比如一些難成藥的靶點(diǎn)，現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)了。以深勢(shì)科技RiDYMO?平臺(tái)為例，就可以對(duì)蛋白動(dòng)態(tài)構(gòu)象進(jìn)行充分采樣，探索全新的隱藏/別構(gòu)口袋，誘導(dǎo)形成可藥口袋，助力難成藥靶點(diǎn)的理性開(kāi)發(fā)。其實(shí)這本質(zhì)上是把一個(gè)生命科學(xué)的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化成了計(jì)算工程的問(wèn)題。”孫偉杰說(shuō)。

孫偉杰表示：如果說(shuō) GPT 是一個(gè)通識(shí)的文科生， AI for Science 就是一個(gè)硬核的理科生，它可以求解一系列復(fù)雜的物理方程，可以去推演在微觀(guān)層面電子、原子分子的運(yùn)動(dòng)和變化，來(lái)幫助我們做藥物研發(fā)等各種場(chǎng)景。所以說(shuō)，AI for Science 可以說(shuō)是我們研究我們的客觀(guān)世界一個(gè)基礎(chǔ)的 AI 的預(yù)訓(xùn)練模型。

▌合作生態(tài)逐步成熟

近年來(lái)，AI制藥行業(yè)定位更多元化，越來(lái)越垂直和深入到細(xì)分領(lǐng)域中解決實(shí)際問(wèn)題，思考也在迭代。企業(yè)也開(kāi)始更清楚AI在各環(huán)節(jié)可以發(fā)揮的作用和自身戰(zhàn)略定位。

在2020年后，可以看到藥企對(duì)AI制藥的態(tài)度從謹(jǐn)慎轉(zhuǎn)變到更大規(guī)模的合作。

進(jìn)入2022年，晶泰科技與正大天晴等傳統(tǒng)藥企陸續(xù)達(dá)成合作，將共同研發(fā)新一代抗腫瘤藥物；英矽智能則與復(fù)星醫(yī)藥建立了管線(xiàn)共同開(kāi)發(fā)的合作；深勢(shì)科技也與翰森制藥達(dá)成合作，共同推動(dòng)后者小分子的藥物研發(fā)工作，并于近日與上海交通大學(xué)藥學(xué)院、晶泰科技等達(dá)成戰(zhàn)略合作共同推進(jìn)AI for Science 在藥物設(shè)計(jì)中的實(shí)踐。

圖|國(guó)內(nèi)2021-2022年藥企+AI合作一覽，資料來(lái)源：智藥局，浙商證券研究所

此外，多家CXO上市公司也先后披露了AI布局情況。CXO公司紛紛通過(guò)自建及合作、投資等方式豐富了自身的AI+服務(wù)平臺(tái)，相關(guān)公司包括成都先導(dǎo)、藥石科技、泓博醫(yī)藥、藥明康德、美迪西、皓元醫(yī)藥等。

一位CXO企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》記者表示，現(xiàn)在他們對(duì)于A(yíng)I對(duì)新藥的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)的幫助是絕對(duì)肯定的，“我們公司也引入了AI，并且會(huì)向客戶(hù)做介紹?！钡瑫r(shí)他也認(rèn)為，AI是一種技術(shù)和手段，可以擁抱，但完全依賴(lài)于這個(gè)技術(shù)不太可能。

▌還有哪些挑戰(zhàn)？

當(dāng)然，AI技術(shù)與醫(yī)藥行業(yè)的結(jié)合，目前仍有很多挑戰(zhàn)和問(wèn)題需要克服。

啟明創(chuàng)投執(zhí)行董事毛碩指出，這其中就包括數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)共享、患者隱私、倫理等一系列問(wèn)題，相關(guān)的法律基礎(chǔ)、社會(huì)制度及政策都亟待發(fā)展。

“比如，AI導(dǎo)致的錯(cuò)誤或風(fēng)險(xiǎn)怎么辦，我們?nèi)绾巫尡O(jiān)管層放心企業(yè)使用AI技術(shù)。這是談AI技術(shù)與醫(yī)藥行業(yè)融合要關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。如果這些方面沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，AI技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的普及是要受到挑戰(zhàn)的?！泵T說(shuō)。

另在置身于產(chǎn)業(yè)中的孫偉杰看來(lái)，AI for Science基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要的要素也還不夠成熟。

首先是跨學(xué)科人才的緊缺，AI方面的人才、科學(xué)計(jì)算的人才、大規(guī)模工程建設(shè)的人才、基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的研究人員等，他們得緊密地配合，才能完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

其次是硬件上的挑戰(zhàn)，如果要達(dá)到大規(guī)模工程化體系，相應(yīng)對(duì)于芯片、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等方面的需求也要跟上。

最后落到應(yīng)用端上，即要找到適合用AI求解的問(wèn)題。這即需要在底層算法上進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新，也需要和制藥企業(yè)一道對(duì) AI for Science 新范式下的藥物研發(fā)流程進(jìn)行重新思考和實(shí)踐驗(yàn)證。

藥物研發(fā)AI ai

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