正時髦的AI藥物設(shè)計,真的能造出創(chuàng)新藥嗎?

時間:2021-09-23

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導(dǎo)語:中國研究人員密切關(guān)注人工智能(AI)的藥物設(shè)計和開發(fā)潛能。

  上月,三家中國制藥商籌集巨資,為他們的藥物研發(fā)計劃提供資金。Insilico Medicine是一家總部位于香港、全球一半業(yè)務(wù)在上海的公司,籌得2.55億美元以推進(jìn)其AI開發(fā)候選藥物進(jìn)入臨床試驗,并調(diào)整算法尋找新靶點。此前,北京望石智慧(StoneWise Technology)于四月獲得1億美元投資,深圳晶泰科技(XtalPi)于去年九月收獲3.19億美元投資。

  騰訊、百度及字節(jié)跳動等IT巨頭也將他們強(qiáng)大的AI實力轉(zhuǎn)向應(yīng)用于藥物設(shè)計。通過著力發(fā)展AI優(yōu)勢的國家政策、擁有眾多合作的合同外包研究組織(CROs)、并不斷健全健康數(shù)據(jù)隱私保護(hù)措施,中國人工智能公司已蓄勢待發(fā)參與全球競爭,以更快、更便宜的方式生產(chǎn)更多藥物。但是,即使14億人口能夠提供豐富的數(shù)據(jù),讓中國人工智能公司領(lǐng)先于西方同行,用于訓(xùn)練公司算法的臨床前和臨床數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍然存在問題。

  Insilico Medicine創(chuàng)始人兼CEO Alex Zhavoronkov說:“如果你來到中國,看到正在發(fā)生的一切,這將會讓你印象深刻?!蔽挥诒本┑膭?chuàng)新工場(Sinovation Ventures)是一個投資AI企業(yè)的風(fēng)險投資公司,其CEO李開復(fù)表示“中國在建立藥物研發(fā)系統(tǒng)方面確實擁有最先進(jìn)的能力”。

  但中國的AI藥物開發(fā)才開始起步。在過去的10年里,像Atomwise、BenevolentAI(倫敦)、Exscientia(牛津)、Relay Therapeutics和Numerate這樣的公司與多個國家的制藥企業(yè)進(jìn)行了大額交易。

  即使是現(xiàn)在與中國有關(guān)聯(lián)的兩家最著名的AI藥物設(shè)計公司——Insilico Medicine和晶泰科技——都是2014年在美國成立的。那時,中國的AI藥物研究進(jìn)展緩慢。晶泰科技聯(lián)合創(chuàng)始人馬健說,“當(dāng)我2015年第一次回到中國,和中國的制藥企業(yè)交流時,我發(fā)現(xiàn)很明顯大多數(shù)企業(yè)對AI藥物研發(fā)沒有什么興趣,或者沒有準(zhǔn)備好進(jìn)入這一領(lǐng)域?!?/p>

  但從那時起,整個環(huán)境發(fā)生了快速的轉(zhuǎn)變。AlphaGo在2016年和2017年戰(zhàn)勝人類圍棋頂級選手,使行業(yè)關(guān)注到人工智能成為許多中國年輕人心中成功之路的潛力。次年政府推出了一個雄心勃勃的規(guī)劃,旨在使中國到2030年成為人工智能領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者,這一舉措影響深遠(yuǎn),包括新出現(xiàn)的大學(xué)訓(xùn)練項目。

  與此同時,中國的監(jiān)管改革促進(jìn)了包括基于人工智能在內(nèi)的創(chuàng)新藥物發(fā)現(xiàn)。2015年更新的生物等效性規(guī)則和新的批量采購規(guī)定意味著,創(chuàng)新藥物越來越受到青睞,而此前仿制藥曾主導(dǎo)中國藥品市場。新規(guī)則的天平偏向了最快和最具前瞻性的制造產(chǎn)業(yè)。這就產(chǎn)生了對新管道的巨大需求,隨之而來的是人們的好奇,想知道人工智能能帶來什么。

  例如,2019年豪森藥業(yè)(Hansoh Pharmaceutical Group)同意向Atomwise支付可能超過10億美元的費用,用于設(shè)計靶向腫瘤和其他疾病的11種蛋白質(zhì)的藥物。雖然晶泰科技的大部分合作資金來自美國公司,但中國現(xiàn)在是其增長最快的市場。馬健說,“因為(中國)企業(yè)創(chuàng)新經(jīng)驗不足,AI成為一種跨越差距的方法?!?/p>

  中國的研究者們也響應(yīng)號召。在上海交通大學(xué)擁有一間分子設(shè)計實驗室的張健,與多家AI藥物設(shè)計新企業(yè)合作過。他說在“行動風(fēng)暴”中,計算機(jī)科學(xué)家、物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和傳統(tǒng)藥物發(fā)現(xiàn)研究人員成立了50多家AI藥物研發(fā)公司。2019年,張健幫助上海宇道生物(Nutshell Therapeutics)重定位為一家人工智能藥物設(shè)計公司。6月,宇道生物剛剛完成其2000萬美元的融資。2018年,百度搜索引擎變革的關(guān)鍵人物周杰龍建立了望石智慧(StoneWise)以助力小分子藥物的研發(fā)。

  美國的藥物行業(yè)從業(yè)者和藥物研發(fā)人員對這股AI熱保持懷疑態(tài)度,不相信在一個藥物項目達(dá)到人體概念驗證研究階段時,AI可以改善損耗。中國研究人員認(rèn)為,考慮到這種保守的思維,中國企業(yè)或許能夠比西方企業(yè)更快地利用人工智能。宇道生物聯(lián)合創(chuàng)始人郁征天認(rèn)為,“中國沒有做這類發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng),所以也就沒有條條框框。人們心中沒有太多外在規(guī)則”。這家公司利用AI來預(yù)測疾病靶點的變構(gòu)特性。

  中國擁有巨大的人口和眾多的醫(yī)院,因此就可以輕松獲得AI訓(xùn)練所需要的重要條件——大量數(shù)據(jù)集。而且人們對隱私的顧慮不那么重,因此可以很輕松獲得需要的數(shù)據(jù)。李開復(fù)說,美國AI公司特別受到法規(guī)的束縛。如1996年頒布的《健康保險可攜帶性和責(zé)任制法案》(HIPAA)為如何共享電子醫(yī)療記錄設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)。李開復(fù)補(bǔ)充道,即使患者已經(jīng)同意,HIPAA仍然使數(shù)據(jù)難以匯總。

  雖然中國政府即將對出售泄露個人信息的個人采取嚴(yán)厲的懲罰措施,但像醫(yī)渡云(Yidu Cloud)這樣的公司正在出現(xiàn),以確保這些數(shù)據(jù)能夠被訪問。醫(yī)渡云將知情同意的患者數(shù)據(jù)整合到一個研究工具中。美國的Flatiron Health、 Tempus、 Aetion和 Palantir也在大規(guī)模整合真實世界的電子健康記錄數(shù)據(jù),用于藥物研發(fā)。

  但是許多數(shù)據(jù)質(zhì)量不高,會誤導(dǎo)AI訓(xùn)練。葉濤是北京大學(xué)深圳研究院的藥物化學(xué)家,他運用計算機(jī)輔助藥物設(shè)計。他說:“數(shù)據(jù)質(zhì)量極為關(guān)鍵,許多研究藥物發(fā)現(xiàn)的中國公司并沒有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)可訓(xùn)練AI。”

  張健同意數(shù)據(jù)質(zhì)量很重要,尤其是在北京和上海這類醫(yī)學(xué)研究中心之外的地方。他說:“可能只有大城市才有可能獲得質(zhì)量好的數(shù)據(jù)。這是有些復(fù)雜。”

  中國有強(qiáng)大的AI研究人員:從歐美回國的人;百度、阿里巴巴和騰訊的行業(yè)研究資深人士;以及那些在支持該國長期人工智能目標(biāo)的新政府項目下接受培訓(xùn)的人,都會給這個國家的行業(yè)帶來競爭優(yōu)勢。斯坦福大學(xué)一份近期報告顯示,在全球AI研究論文中,中國研究人員占22.4%,歐洲和美國的這一比例分別為16.4%和14.6%。去年,中國AI出版物的引用量首次超過了美國。

  李開復(fù)說,從排名前1%的論文,尤其是高被引用次數(shù)最多的會議論文來看,中國尚缺乏能取得根本性突破的科學(xué)家。他說:“就最具創(chuàng)造性的創(chuàng)新思考者而言,美國仍處前沿?!?/p>

  但這對藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域來說不是什么大問題。中國公司可以擺弄基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)或生成合作網(wǎng)絡(luò)的人工智能算法,這些算法大多是在美國、加拿大或歐洲開發(fā)的,因為它們通常是開源的,可以公開訪問?!澳愀淖兞藥讉€詞,就改變了整個概念。你可以找到解決自己問題的方法?!庇粽魈煺f,“科學(xué)來自那里(西方),但技術(shù)來自這里?!?/p>

  李開復(fù)說,中國人工智能藥物研發(fā)的方法可能也更務(wù)實,他認(rèn)為這給了中國一個優(yōu)勢。DeepMind(谷歌的子公司)解決了數(shù)十年來的蛋白質(zhì)折疊之謎,能令研究者震驚,興許會贏得諾貝爾獎或者圖靈獎;而中國的公司則“非常擅長利用人工智能賺錢,用人工智能創(chuàng)造價值,用人工智能打造新產(chǎn)品”。

  然而,人們對AI的興趣和機(jī)會的爆炸式增長推高了工資水平,也使得留住專家變困難了。Zhavoronkov說,中國頂尖的人工智能專家比在美國更貴,而且往往會四處跳槽。Insilico的研究范圍從生物學(xué)假設(shè)和新生物靶點的識別,延伸到候選分子的生產(chǎn)和測試,主要聘用中國大陸以外的AI專家,在后期的化學(xué)設(shè)計和分子生產(chǎn)方面則更多地依賴中國的研究,中國在這些領(lǐng)域尤擅勝場。他說“我們做地理套利”。

  Zhavoronkov說,中國有3000來家合同外包研究組織,可能是中國AI藥物研發(fā)公司最吸引人的方面。Insilico與80家合同外包研究組織展開合作。這使該公司避免了與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作時可能發(fā)生的時間和知識產(chǎn)權(quán)損失。這也允許他們在多個合同外包研究組織在開發(fā)鏈中并行運行多個實驗。他認(rèn)為比較結(jié)果“對AI來說是一個巨大的學(xué)習(xí)經(jīng)驗”。

  “你可以同時有大量的實驗室以合適的成本為你進(jìn)行所有實驗?!彼f,“只有在中國你才能這么做?!?/p>

  到目前為止,和西方同行一樣,Insilico和晶泰科技已經(jīng)達(dá)到了一些臨床前里程碑。Insilico公司發(fā)現(xiàn)了一種與特發(fā)性肺纖維化有關(guān)的生物靶點,然后從頭開始設(shè)計了一種“新穎”的分子(至少新到足以申請知識產(chǎn)權(quán))匹配該靶點,并有望治療該疾病。根據(jù)該公司的新聞稿,這一創(chuàng)新僅用不到18個月,花費了200萬美元——僅占此類階段常規(guī)成本的一小部分。

  根據(jù)晶泰科技的新聞稿,其與Signet Therapeutics的合作在6個月內(nèi)確定了一種胃癌治療方法。該公司表示,目前正在向臨床試驗邁進(jìn)。上海交通大學(xué)的張健說,他研究的兩種化合物正在等待批準(zhǔn)開始臨床試驗;他預(yù)計其中一項試驗將于明年開始。而郁征天說,與此同時,宇道生物的腫瘤學(xué)候選藥物距離臨床試驗還有幾年時間。

  但與其他國家一樣,人工智能藥物設(shè)計在中國的成功將取決于其候選藥物能否在臨床取得成功,而目前還沒有人工智能設(shè)計的藥物能做到這一點。新墨西哥大學(xué)的計算生物學(xué)家Tudor Oprea說:“現(xiàn)在有很多炒作,很多人試圖向你兜售根本不存在的東西。這都有待實踐的檢驗。所以只有上市之后才有譜?!?/p>

  Oprea說Insilico有一個很有前途的模型(他為其擔(dān)任科學(xué)顧問),因為其采用了“端到端”的驗證過程,而其他許多模型只關(guān)注謎題的一小部分,因此很難知道AI是否給出了有意義的結(jié)果。他說“有許多視野太窄”。

  騰訊、百度和字節(jié)跳動進(jìn)入AI藥物研發(fā)領(lǐng)域,將為中國的努力增加砝碼。2020年7月,騰訊推出了自己的AI藥物設(shè)計平臺iDrug。它已經(jīng)啟動了十多個項目,包括尋找對抗新冠病毒的藥物。該公司計劃覆蓋所有臨床前研究范圍,預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),篩選候選蛋白,設(shè)計和優(yōu)化分子,并表征蛋白質(zhì)的功能。

  李開復(fù)說這些IT巨頭將扮演中國版谷歌的角色,生產(chǎn)出像DeepMind這樣可以解決蛋白質(zhì)折疊等問題的巨型機(jī)器,這要求比小型初創(chuàng)公司強(qiáng)大得多的計算能力。“于是我們既有小而靈活的公司,他們可能更務(wù)實,產(chǎn)生效益更快,然后也有巨頭?!崩铋_復(fù)說,“這種分工很好?!?/p>

  盡管中美之間存在一些良性競爭,但許多研究人員更擔(dān)心,當(dāng)前政治上的緊張局勢可能會損害兩國在這個新興領(lǐng)域互惠互利的協(xié)同效應(yīng)。中國AI藥物設(shè)計的大部分投資來自美國,而那些有影響力的AI會議論文作者中,有三分之一在中國接受教育,但大多在美國工作。李開復(fù)說:“所以我真的希望,醫(yī)療保健或藥物發(fā)現(xiàn)不會陷入這種分歧,因為這類研究有益人類福利?!?/p>


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