作為ChatGPT和谷歌Gemini等熱門工具背后的技術(shù)，基于大語言模型(LLM)的生成式AI正在徹底改變各個(gè)行業(yè)，藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域當(dāng)然也不例外。通過運(yùn)用AI之力以解碼并操縱生物及化學(xué)語言，制藥企業(yè)如今可以更快、更加經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)新藥。在本文中，我們將一同了解生成式AI如何改變藥物發(fā)現(xiàn)、加速開發(fā)過程并降低研發(fā)成本。

生成式AI在藥物發(fā)現(xiàn)中的作用

從傳統(tǒng)角度講，生成式AI的主要作用在于生成人類語言。但除此之外，其潛力早已跨過這條連坐，涵蓋了復(fù)雜的生物和化學(xué)語言。舉例來說，人類DNA可以看作是一條由30億個(gè)字母組成的序列，這就形成了一種獨(dú)特的語言。同樣的，作為生命基石的蛋白質(zhì)也擁有自己的字母表，也就是20種氨基酸。這些化學(xué)物質(zhì)均可使用簡(jiǎn)化分子線性輸入規(guī)范(SMILES)來定義其結(jié)構(gòu)。

生成式AI技術(shù)能夠解釋這些語言，幫助發(fā)現(xiàn)并開發(fā)出新的藥物療法。通過將大模型類型的方法應(yīng)用于這些生物和化學(xué)語言，AI模型能夠發(fā)現(xiàn)以往無法觀察到的見解，加快藥物發(fā)現(xiàn)過程并顯著降低成本。鑒于新藥療法的失敗率很高——一般只有10%的藥物能夠順利通過臨床試驗(yàn)——任何有助于提高效率和降低時(shí)間和成本的技術(shù)，都將為整個(gè)產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)巨大價(jià)值。

為流程的各個(gè)階段增加價(jià)值

生成式AI可以應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)的各個(gè)階段：

1.目標(biāo)識(shí)別：第一階段是識(shí)別待治療的疾病或癥狀。生成式AI可以分析基因組數(shù)據(jù)，從而了解導(dǎo)致疾病或其他潛在生物過程的基因。這將有助于確定新藥開發(fā)的確切目標(biāo)。

2.線索生成：第二階段是生成潛在線索，也就是針對(duì)已識(shí)別疾病的化學(xué)物質(zhì)或蛋白質(zhì)。但由于可能的化學(xué)物質(zhì)(超過10^60種)與蛋白質(zhì)(超過10^160種)數(shù)量極多，因此導(dǎo)致這項(xiàng)任務(wù)頗為艱難。生成式AI技術(shù)能夠篩選其中的可能性，并生成具有所需特性的新型化合物，從而產(chǎn)生大量可供探索的線索。

3.優(yōu)化：在第三階段，需要對(duì)潛在候選藥物進(jìn)行功效測(cè)試。生成式AI可以協(xié)助這一大規(guī)模篩選過程。例如，英偉達(dá)與Recursion Pharmaceuticals的合作就表現(xiàn)出在一周之內(nèi)，對(duì)超過2.8千萬億種小分子靶標(biāo)對(duì)進(jìn)行篩選的能力。如果用傳統(tǒng)方法處理，這項(xiàng)任務(wù)需要10萬年才能完成。

生成式AI將使制藥公司以前所未有的規(guī)模、速度和準(zhǔn)確性探索潛在新藥，大大加快臨床試驗(yàn)的進(jìn)展。

藥物開發(fā)中的AI案例研究

目前有多家公司在運(yùn)用生成式AI進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)方面處于領(lǐng)先地位。一個(gè)著名案例就是Insilico Medicine，他們利用AI開發(fā)出一種治療特發(fā)性肺纖維化的藥物，這是一種會(huì)導(dǎo)致肺功能逐漸衰退的罕見疾病。傳統(tǒng)上，整個(gè)研發(fā)過程需要六年時(shí)間，耗資超過4億美元。但借助生成式AI，Insilico將成本降低至十分之一，并把研發(fā)周期縮短到了兩年半。

Insilico將AI方案應(yīng)用在臨床前藥物發(fā)現(xiàn)流程中的各個(gè)階段，包括識(shí)別目標(biāo)分子、生成新型候選藥物以及預(yù)測(cè)臨床試驗(yàn)結(jié)果。他們還成功開發(fā)出一種對(duì)所有變體均有療效的AI生成COVID-19藥物，并啟動(dòng)了30多個(gè)針對(duì)各類疾病(包括癌癥)的其他項(xiàng)目。

藥物開發(fā)的未來

生成式AI對(duì)藥物發(fā)現(xiàn)具有變革性的影響，有望以極低的成本快速治愈多種疾病。憑借AI解碼復(fù)雜生物與化學(xué)語言的能力，我們也許可以期待未來新藥的開發(fā)流程將更快、更高效也更成功。生成式AI代表的不只是一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，更將顛覆整個(gè)醫(yī)療保健行業(yè)，在為全球患者帶來更佳診療效果的同時(shí)，為未來藥物的開發(fā)探明前所未有的道路。