人工智能助力藥物研發(fā) OpenAI技術(shù)有望帶來(lái)新的技術(shù)革命

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作者：小藥丸來(lái)源：CPHI制藥在線

2023-03-03

以AlphaFold 2為代表的AI 技術(shù)助力藥物研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)藥物結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而以ProGen為代表的新一代OpenAI技術(shù)則可以直接模擬合成蛋白的新結(jié)構(gòu)，這些新技術(shù)都將極大地?cái)U(kuò)展用于藥物研發(fā)的初始蛋白結(jié)構(gòu)庫(kù)，給當(dāng)前的藥物研發(fā)帶來(lái)新的技術(shù)革命。?

OpenAI技術(shù)有望帶來(lái)新的技術(shù)革命

隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域場(chǎng)景中。根據(jù)GlobAI Market Insight的數(shù)據(jù)，2020年全球醫(yī)療人工智能市場(chǎng)的規(guī)模為42億美元，預(yù)計(jì)到2027年將增長(zhǎng)至345億美元。從各個(gè)板塊的占比來(lái)看，藥物研發(fā)是排名第一的細(xì)分市場(chǎng)。

AI在藥物研發(fā)環(huán)節(jié)的應(yīng)用舉例

AI在藥物研發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用的典型代表之一就是DeepMind公司開(kāi)發(fā)人工智能AlphaFold系統(tǒng)。通過(guò)使用接近 17 萬(wàn)個(gè)不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)以及包含未知結(jié)構(gòu)的蛋白序列數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì) AlphaFold 進(jìn)行不斷訓(xùn)練、迭代，AlphaFold 系統(tǒng)學(xué)習(xí)到了氨基酸序列，具備了精確預(yù)測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)的能力。

2020年11月，AlphaFold 2在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)大賽CASP 14中，對(duì)大部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)與真實(shí)結(jié)構(gòu)只差一個(gè)原子的寬度，達(dá)到了人類(lèi)利用冷凍電鏡等復(fù)雜儀器觀察預(yù)測(cè)的水平，這是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)史無(wú) 前例的巨大進(jìn)步。

在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)不少企業(yè)致力于AI在新藥篩選領(lǐng)域的應(yīng)用，比如藥石科技構(gòu)建的DELT化合物庫(kù)以及虛擬化合物庫(kù)，成都先導(dǎo)制藥、維亞生物分別構(gòu)建的DEL編碼化合物庫(kù)、SBDD、FBDD篩選庫(kù)。

傳統(tǒng)的藥物篩選方式工作量巨大，耗時(shí)長(zhǎng)，效率低下，將AI與這些藥物數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合的高通量篩選技術(shù)能夠更快、更準(zhǔn)確地縮小搜索范圍，將藥物研發(fā)人員從大量的重復(fù)性工作中解放出來(lái)，縮短新藥研發(fā)時(shí)間，降低成本，提高研發(fā)效率。

資本追捧熱點(diǎn)領(lǐng)域

3月開(kāi)始，騰邁醫(yī)藥宣布完成3500萬(wàn)美元A輪融資，由啟明創(chuàng)投領(lǐng)投，奧博資本、斯道資本、F-Prime Capital跟投。成立于2021年年底的騰邁醫(yī)藥致力于打造以計(jì)算為核心的藥物發(fā)現(xiàn)新模式，本輪融資將主要用于藥物發(fā)現(xiàn)服務(wù)平臺(tái)的精細(xì)化建設(shè)，旨在整合物理建模、人工智能與生物物理學(xué)、藥物化學(xué)和生物學(xué)等跨學(xué)科交叉應(yīng)用。

除了這類(lèi)初創(chuàng)公司以外，深耕行業(yè)數(shù)年的AI醫(yī)療企業(yè)已經(jīng)紛紛走到了C、D、E輪，并在2021年迎來(lái)了IPO熱潮，科亞醫(yī)療、鷹瞳科技、推想醫(yī)療、數(shù)坤科技等相繼提交了招股書(shū)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，整個(gè)2022年全球AI藥物研發(fā)相關(guān)融資事件達(dá)144起，總金額超過(guò)了62億美元，融資總額較2021年增長(zhǎng)了47.6%，是近年來(lái)醫(yī)藥研發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

以O(shè)penAI技術(shù)為代表的AI在藥物研發(fā)創(chuàng)造環(huán)節(jié)的應(yīng)用

目前，ChatGPT 在短時(shí)間內(nèi)爆火，用時(shí)兩月用戶數(shù)量已達(dá)到了1 億人次。ChatGPT是一種大型的語(yǔ)言模型，用于對(duì)自然語(yǔ)言輸入進(jìn)行建模及預(yù)測(cè)，能夠回答人類(lèi)的問(wèn)題并進(jìn)行自然對(duì)話。這類(lèi)AI除了目前的搜索聊天功能之外，正逐步在藥物研發(fā)中發(fā)揮作用。

今年1月下旬，一篇發(fā)表在Nature Biotechnology上的論文顯示，由軟件服務(wù)提供商Salesforce開(kāi)發(fā)的新型人工智能系統(tǒng)ProGen能夠從頭開(kāi)始生成人工酶。

ProGen屬于類(lèi)"OpenAI"的語(yǔ)義識(shí)別系統(tǒng)，Salesforce的科學(xué)家們將2.8億種不同蛋白質(zhì)的氨基酸序列輸入了機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過(guò)學(xué)習(xí)在給定原始序列中過(guò)去氨基酸的情況，創(chuàng)建的ProGen新模型可以通過(guò)簡(jiǎn)單指令創(chuàng)造出自然界未有的蛋白結(jié)構(gòu)。

比較而言，傳統(tǒng)的蛋白藥物設(shè)計(jì)依賴(lài)于對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行隨機(jī)的氨基酸突變及優(yōu)化，Progen 的模式徹底改變了以往這種蛋白類(lèi)藥物的設(shè)計(jì)過(guò)程，并能夠通過(guò)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)造出與天然蛋白大部分序列均不相同的新蛋白序列，這是一種顛覆式的創(chuàng)新與進(jìn)步。

上文提到，以AlphaFold 2為代表的AI 技術(shù)助力藥物研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)藥物結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而以ProGen為代表的新一代OpenAI技術(shù)則可以直接模擬合成蛋白的新結(jié)構(gòu)，這些新技術(shù)都將極大地?cái)U(kuò)展用于藥物研發(fā)的初始蛋白結(jié)構(gòu)庫(kù)，給當(dāng)前的藥物研發(fā)帶來(lái)新的技術(shù)革命。

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