中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所外景。（資料圖片）

用時10年、耗資10億美元，是新藥研發(fā)領域公認的“雙十定律”。隨著新技術不斷涌現(xiàn)，生物醫(yī)藥企業(yè)不斷借力人工智能的新質(zhì)力量，嘗試打破這一“定律”。如今，有“中國藥谷”之稱的北京中關村科技園區(qū)大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地，正在打造“人工智能+”的醫(yī)藥創(chuàng)新生態(tài)，通過提高成功率、精準度，加速新藥研發(fā)進程，助力生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)邁向高端。

　靶向精準

新藥研發(fā)難在哪里？以癌癥為例，如果將腫瘤比喻成一把鎖，靶點是鎖眼，藥就是鑰匙。為了找到匹配度最高的鑰匙，生物醫(yī)藥企業(yè)需要耗費大量人力財力去篩選、優(yōu)化。人工智能與生俱來的“快反饋”，讓生物醫(yī)藥企業(yè)發(fā)現(xiàn)了研發(fā)加速的可能性。在大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地，不少企業(yè)、科研院所正運用這項新技術尋找“鎖眼”，打造“鑰匙”。

分子結構包括功能性分子是新藥發(fā)現(xiàn)最源頭的路徑。在中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所，科研人員最擅長在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新藥。他們借助核磁共振，利用計算機視覺技術即可解析藥物復雜分子結構。將解析出的碳譜數(shù)字輸入人工智能解譜系統(tǒng)，短短5秒鐘之后，就能生成多個分子結構式。

中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所研究員、博士生導師汪小澗是解譜系統(tǒng)的研發(fā)帶頭人。他告訴記者，研發(fā)新藥費時費力，將碳譜轉(zhuǎn)化成結構式是研發(fā)新藥的關鍵一步。以前專業(yè)人員需要3天到5天完成的工作，現(xiàn)在被智能識譜、智能搜譜、智能解譜技術壓縮至短短幾秒，效率的提升不言而喻。

同在該藥物研究所，新藥開發(fā)研究室副研究員夏杰則開發(fā)出一個小分子抗菌藥物AI自動設計軟件。以前，研發(fā)人員需要掌握盡可能多的數(shù)據(jù)，耗時幾個月才能完成的設計，如今，憑借AI技術的快反饋，這套軟件不需人為干預，只要提供靶點、靶標和相應數(shù)據(jù)，2小時就能設計出一些簡單的分子。

不管是核磁5秒鐘“識圖”，還是軟件設計的“2小時達”，都是在研發(fā)進程不變的前提下，實現(xiàn)既有的環(huán)節(jié)更有效率。人工智能在提高準確率上也大有可為。以前要找到一個具有成藥潛力的分子，研究人員往往需要在前期合成的將近1000個分子中進行篩選；有了人工智能助力，篩選范圍可以從近千個銳減至20個至40個分子，產(chǎn)出也是驚人的。

“現(xiàn)階段，人工智能還僅僅是一種輔助工具。”汪小澗說，借助生成式人工智能的分子設計方法，他們已發(fā)現(xiàn)若干具有治療自身免疫性疾病以及顯著抗腫瘤活性的臨床候選物，正在進一步的臨床前研究過程中。他希望能通過合作實現(xiàn)臨床數(shù)據(jù)庫的擴容，提高精準度，“如果我們合成的20個分子中，有2個到3個到達臨床階段甚至成為新藥，那將是人工智能巨大的成功”。

　最佳路徑

作為北京醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主陣地，大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地積極引進人工智能、大數(shù)據(jù)與醫(yī)藥健康交叉融合項目，持續(xù)推動生命健康產(chǎn)業(yè)前沿技術在園區(qū)落地生根。

不久前，生物醫(yī)藥基地新添AI智能新藥研發(fā)平臺——“X-Gen AI新藥發(fā)現(xiàn)與設計研究中心”，該平臺由園區(qū)內(nèi)企業(yè)熱景生物成立，推動AI技術在藥物靶點發(fā)現(xiàn)、藥效篩選、藥物分子設計和優(yōu)化、臨床試驗設計和管理、藥物重定位等重點環(huán)節(jié)的應用。熱景生物旗下兩家高新藥企——舜景醫(yī)藥與堯景基因，在AI技術助力下加速研發(fā)進程，提高研發(fā)和臨床的成功率。

研究中心負責人許立達告訴記者，做創(chuàng)新藥，新靶點的研究是關鍵，利用人工智能技術對海量多組學數(shù)據(jù)進行挖掘可以幫助他們發(fā)現(xiàn)治療疾病的全新作用機制。針對發(fā)現(xiàn)的新靶點，“根據(jù)‘鎖眼’的形狀，用人工智能或生物計算的方法，描摹出‘鑰匙’的樣子，就是從頭設計；有了‘鑰匙’雛形‘半成品’，再不斷迭代優(yōu)化，讓‘鑰匙’更精準匹配‘鎖眼’，這就是‘親和力成熟’”。許立達說，“這兩條路徑相輔相成，可以幫助我們更快找到最合適的‘鑰匙’。”

在抗體分子優(yōu)化方面，他們已經(jīng)搭建了一條計算輔助抗體親和力成熟的路線，能夠有效預測關鍵氨基酸，并利用這些預測結果指導抗體的定向突變，讓他們在2個月內(nèi)得到親和力提升10倍的抗體。在AI加持下，核酸藥開發(fā)效率更高，8小時即可完成核酸序列的設計和篩選。目前，舜景醫(yī)藥借力AI研發(fā)的首款適應癥為心腦血管疾病的創(chuàng)新藥已經(jīng)走過研發(fā)階段，即將進入臨床。

值得一提的是，發(fā)現(xiàn)與設計這個新藥的研究中心有干濕兩類實驗室。濕實驗指傳統(tǒng)的生物實驗室，有各種試劑、實驗操作；干實驗指利用計算機的無水化操作。計算機結果在濕實驗中反復驗證后，在計算機上進一步優(yōu)化迭代，形成人工智能進入生物制藥研發(fā)的成功路徑。

人工智能研發(fā)新藥屬于交叉學科，需要具備信息科學、制藥工程、生物技術等專業(yè)背景的研發(fā)人員。“我們4年前已經(jīng)認識到AI技術是非常重要的加速器，開始組建隊伍，一邊做研發(fā)，一邊打磨算法、模型、流程?，F(xiàn)在嘗到了AI提高成功率的甜頭。”在熱景生物董事長林長青眼中，AI技術已經(jīng)成為很多行業(yè)實現(xiàn)加速發(fā)展的最佳“助攻”。

　夯實基礎

在生物醫(yī)藥行業(yè)，人工智能改變的不只是創(chuàng)新藥研發(fā)進程，更深刻影響著醫(yī)療器械的發(fā)展。中關村科技園區(qū)大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地公司黨委副書記、總經(jīng)理申海成告訴記者，基地已有上市產(chǎn)品600余個，其中一類新藥4個，國家創(chuàng)新醫(yī)療器械15個。在醫(yī)療機器人研發(fā)領域，人工智能也在大展拳腳。

創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復快，是手術患者共同的愿望，在神經(jīng)外科表現(xiàn)得尤為突出。有些患者的病灶位于顱內(nèi)深部，以往手術時需在患者顱骨上打4顆到5顆釘子固定框架，且術中操作調(diào)整角度和入路存在一定限制。對醫(yī)生而言，就像要求不切開“西瓜”，取出一粒特定的“西瓜籽”，難度之大可想而知。

區(qū)內(nèi)企業(yè)華科精準（北京）醫(yī)療設備股份有限公司將機器人技術、人工智能、影像處理技術融合，形成了神外手術機器人、磁共振引導激光消融治療系統(tǒng)、手術計劃軟件等多款國家藥品監(jiān)督管理局批準創(chuàng)新醫(yī)療器械產(chǎn)品。公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官劉文博介紹，他們既有面向基層醫(yī)院神經(jīng)外科微型導航定位機器人，用于急診腦出血快速精準診療，幫醫(yī)生做手術規(guī)劃、路徑設計，以及術中精準穿刺；也有面向更復雜、高風險的顱內(nèi)手術形成全鏈條的微創(chuàng)精準手術方案，實現(xiàn)精準定位電極植入、微創(chuàng)治療、激光消融全流程賦能。

這些神經(jīng)外科手術機器人可以減輕患者的痛苦，也可減輕醫(yī)生壓力，讓手術更精準、高效和智能。手術機器人自帶“導航系統(tǒng)和大腦地圖”——手術計劃軟件一鍵智能融合多模態(tài)影像，實現(xiàn)血管、腫瘤等組織三維重建；3D結構光可在1分鐘內(nèi)掃描患者面部上百萬個點云，將腦部真實信息與影像信息高精度配準，提供最便捷、最安全的手術路徑和術中手術引導。“西瓜籽”在哪里、怎樣取出“西瓜籽”，一目了然。

要讓人工智能在醫(yī)藥健康領域發(fā)揮更大的作用，大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地管委會也花了不少心思。申海成說，大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地正在儲備和整合醫(yī)藥健康數(shù)據(jù)資源。引進北京市醫(yī)療器械大數(shù)據(jù)研究中心，并計劃建立“醫(yī)療器械大數(shù)據(jù)共享云中心”和“醫(yī)療器械AI超算服務中心”，加快醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群的數(shù)字化進程。同時，建設北京生物信息智算中心，促進生物樣本數(shù)據(jù)、臨床數(shù)據(jù)和研究數(shù)據(jù)開放共享，并提供豐富的計算醫(yī)學應用場景。

“數(shù)據(jù)是推進AI技術在醫(yī)藥健康領域加快應用的核心驅(qū)動力。”許立達說，“我們吸收借鑒前沿技術建立自己的算法流程，再依托公共數(shù)據(jù)庫和企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)對模型進行訓練，讓它變得更‘聰明’。” （經(jīng)濟日報記者 楊學聰）

來源：經(jīng)濟日報