前言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能（AI）技術(shù)正逐步滲透到醫(yī)藥研發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在小分子創(chuàng)新藥物的研發(fā)中，AI技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為新藥研發(fā)注入了新的活力。目前比較實(shí)用的AI模型，包括生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）、變分自編碼器（VAEs）和擴(kuò)散模型等，已被科研人員證明在發(fā)現(xiàn)藥物屬性和合成復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。本文將從AI在藥物研發(fā)中的應(yīng)用、AI制藥的數(shù)據(jù)困境、應(yīng)對(duì)策略等方面，探討AI如何讓小分子創(chuàng)新藥綻放。
AI在藥物研發(fā)中的應(yīng)用
在藥物研發(fā)過(guò)程中，藥物候選化合物的篩選與優(yōu)化是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過(guò)程。傳統(tǒng)的篩選方法往往依賴于實(shí)驗(yàn)室的大量試驗(yàn)，而AI技術(shù)則可以通過(guò)虛擬篩選技術(shù)，對(duì)大量藥物候選化合物進(jìn)行模擬和計(jì)算，快速篩選出具有潛在活性的化合物。因此，國(guó)內(nèi)外一些知名企業(yè)也在這一領(lǐng)域投入了較大的研發(fā)資金和技術(shù)。例如國(guó)際上較為知名的 Insilico Medicine 與 Atomwise 等， Insilico Medicine成功利用AI技術(shù)加速了藥物研發(fā)的進(jìn)程，特別是在其首款A(yù)I設(shè)計(jì)的藥物INS018_055的研發(fā)中取得了顯著成果。INS018_055是用于治療特發(fā)性肺纖維化的候選藥物，這是一種相對(duì)罕見(jiàn)但具有侵襲性的肺部疾病。Insilico Medicine利用其端到端的AI驅(qū)動(dòng)的藥物發(fā)現(xiàn)平臺(tái)Pharma.AI，從靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)到臨床前候選藥物提名，整個(gè)過(guò)程僅用了約18個(gè)月的時(shí)間，展示了其生成式AI驅(qū)動(dòng)的藥物發(fā)現(xiàn)管道的高效性。Atomwise他們開(kāi)發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的虛擬篩選技術(shù)，通過(guò)計(jì)算分子結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)出與疾病靶點(diǎn)相互作用的潛在藥物。Atomwise已成功開(kāi)發(fā)出針對(duì)艾滋病毒逆轉(zhuǎn)錄酶的抑制劑，為耐藥性艾滋病治療提供了新的選擇。這些案例展示了AI在藥物研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，不僅提高了藥物篩選的效率，也為疾病治療帶來(lái)了新的突破。目前AI模型分析在PV領(lǐng)域也有一定的推進(jìn)和發(fā)展，藥物警戒(Pharmacovigilance-PV)：藥物警戒是與發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)、理解和預(yù)防不良反應(yīng)或其他任何可能與藥物有關(guān)問(wèn)題的科學(xué)研究與活動(dòng)。例如美國(guó)食品藥品管理局（FDA）的應(yīng)用。FDA通過(guò)開(kāi)發(fā)信息可視化平臺(tái)（InfoViP），集成了人工智能（AI）和先進(jìn)的可視化技術(shù)，以支持藥物警戒安全性審評(píng)員審查數(shù)據(jù)。該平臺(tái)能夠處理FDA不良事件報(bào)告系統(tǒng)（FAERS）中收集的超過(guò)2300萬(wàn)份個(gè)例安全性報(bào)告（ICSRs），通過(guò)AI技術(shù)提高審評(píng)效率，幫助標(biāo)準(zhǔn)化ICSR評(píng)估流程。
AI小分子藥研發(fā)的“數(shù)據(jù)困境”
AI制藥依賴于大量的生物醫(yī)藥數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練和優(yōu)化模型。然而，數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)于AI模型的準(zhǔn)確性和有效性至關(guān)重要。如果數(shù)據(jù)存在噪音、偏差或誤差，將直接影響AI在藥物研發(fā)中的預(yù)測(cè)和決策能力。而且藥物研發(fā)過(guò)程中涉及大量的敏感醫(yī)療數(shù)據(jù)，如患者的病歷、基因組數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)的隱私和安全性是一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)數(shù)據(jù)泄露或被濫用，將對(duì)患者和社會(huì)造成不良影響。這是AI制藥研發(fā)過(guò)程中要面對(duì)的數(shù)據(jù)質(zhì)量與隱私問(wèn)題。另外，我們需要面對(duì)數(shù)據(jù)成本和獲取的“困境”，AI制藥需要獲取多樣化的、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)來(lái)豐富模型。而獲取這些數(shù)據(jù)往往面臨著困難，如數(shù)據(jù)分散、格式不統(tǒng)一、權(quán)限限制等。而高質(zhì)量、還原度高的數(shù)據(jù)通常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)累積獲得，這往往需要大量的時(shí)間和資金投入。商業(yè)化購(gòu)買(mǎi)大型化合物實(shí)體庫(kù)的成本高昂，對(duì)于初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)可能不切實(shí)際。最后一個(gè)數(shù)據(jù)“困境”來(lái)自AI模型在訓(xùn)練過(guò)程中可能會(huì)受到訓(xùn)練數(shù)據(jù)的影響，從而產(chǎn)生偏見(jiàn)。如果訓(xùn)練數(shù)據(jù)主要來(lái)自于特定的數(shù)據(jù)源或具有某種偏向性，那么AI模型在藥物研發(fā)中的預(yù)測(cè)和決策也可能存在偏見(jiàn)。而且AI制藥的數(shù)據(jù)來(lái)源往往有限，這可能導(dǎo)致AI模型在某些方面的預(yù)測(cè)和決策能力受到限制。為了應(yīng)對(duì)這些“數(shù)據(jù)困境”，需要采取一系列措施，如建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)安全體系、加強(qiáng)數(shù)據(jù)質(zhì)量和隱私保護(hù)、促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和合作、開(kāi)發(fā)新的數(shù)據(jù)獲取和處理技術(shù)等。
AI讓小分子藥研發(fā)綻放新生命
AI制藥行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，融資能力整體提升。截止2023年，全球有897家人工智能生物技術(shù)企業(yè)加入到AIDD領(lǐng)域，同比增長(zhǎng)28.14%，規(guī)模擴(kuò)張非常迅速。市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大， 2023年中國(guó)智能藥品研發(fā)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3.61億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)46.67%，預(yù)計(jì)2024年將增長(zhǎng)至6.03億元。然而，盡管AI在小分子藥物研發(fā)中展現(xiàn)出巨大潛力，但仍面臨數(shù)據(jù)困境、技術(shù)壁壘、法律和道德問(wèn)題等挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)的質(zhì)量和隱私保護(hù)是AI制藥中需要解決的重要問(wèn)題。目前尚無(wú)AI研發(fā)的小分子藥物成功上市，多款藥物雖進(jìn)入臨床階段，但臨床試驗(yàn)結(jié)果并不理想。這反映了AI技術(shù)在藥物研發(fā)中的復(fù)雜性和不確定性。但我相信隨著生成式AI技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用，AI+制藥的融合有望持續(xù)加快。AI技術(shù)有望在新藥發(fā)現(xiàn)、臨床試驗(yàn)、監(jiān)管審批等方面展現(xiàn)出更大的潛力，推動(dòng)藥物研發(fā)領(lǐng)域的變革。未來(lái)，AI技術(shù)將更加注重與生物醫(yī)藥、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的交叉融合，推動(dòng)跨學(xué)科的創(chuàng)新發(fā)展。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，AI將在藥物研發(fā)領(lǐng)域綻放新的生命活力。
參考文獻(xiàn)
1.《2024 AI制藥行業(yè)研究報(bào)告》及共研產(chǎn)業(yè)咨詢（共研網(wǎng)）數(shù)據(jù)
2.《中國(guó)AI制藥企業(yè)白皮書(shū)》及相關(guān)數(shù)據(jù)整理
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