中國(guó)藥谷”依托人工智能創(chuàng)新研發(fā)——北京大興科技賦能生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)邁向高端

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所外景。（資料圖片）

　　用時(shí)10年、耗資10億美元，是新藥研發(fā)領(lǐng)域公認(rèn)的“雙十定律”。隨著新技術(shù)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(guó)藥谷”之稱的北京中關(guān)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(guò)提高成功率、精準(zhǔn)度，加速新藥研發(fā)進(jìn)程，助力生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)邁向高端。

　　靶向精準(zhǔn)

　　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(diǎn)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(fèi)大量人力財(cái)力去篩選、優(yōu)化。人工智能與生俱來(lái)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(yùn)用這項(xiàng)新技術(shù)尋找“鎖眼”，打造“鑰匙”。

　　分子結(jié)構(gòu)包括功能性分子是新藥發(fā)現(xiàn)最源頭的路徑。在中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，科研人員最擅長(zhǎng)在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新藥。他們借助核磁共振，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)即可解析藥物復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)。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(gè)分子結(jié)構(gòu)式。

　　中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所研究員、博士生導(dǎo)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，將碳譜轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)式是研發(fā)新藥的關(guān)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(shí)譜、智能搜譜、智能解譜技術(shù)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(gè)小分子抗菌藥物AI自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件。以前，研發(fā)人員需要掌握盡可能多的數(shù)據(jù)，耗時(shí)幾個(gè)月才能完成的設(shè)計(jì)，如今，憑借AI技術(shù)的快反饋，這套軟件不需人為干預(yù)，只要提供靶點(diǎn)、靶標(biāo)和相應(yīng)數(shù)據(jù)，2小時(shí)就能設(shè)計(jì)出一些簡(jiǎn)單的分子。

　　不管是核磁5秒鐘“識(shí)圖”，還是軟件設(shè)計(jì)的“2小時(shí)達(dá)”，都是在研發(fā)進(jìn)程不變的前提下，實(shí)現(xiàn)既有的環(huán)節(jié)更有效率。人工智能在提高準(zhǔn)確率上也大有可為。以前要找到一個(gè)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(gè)分子中進(jìn)行篩選；有了人工智能助力，篩選范圍可以從近千個(gè)銳減至20個(gè)至40個(gè)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?！蓖粜菊f(shuō)，借助生成式人工智能的分子設(shè)計(jì)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(jìn)一步的臨床前研究過(guò)程中。他希望能通過(guò)合作實(shí)現(xiàn)臨床數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)容，提高精準(zhǔn)度，“如果我們合成的20個(gè)分子中，有2個(gè)到3個(gè)到達(dá)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(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)與醫(yī)藥健康交叉融合項(xiàng)目，持續(xù)推動(dòng)生命健康產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)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(tái)——“X-Gen AI新藥發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)研究中心”，該平臺(tái)由園區(qū)內(nèi)企業(yè)熱景生物成立，推動(dòng)AI技術(shù)在藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、藥效篩選、藥物分子設(shè)計(jì)和優(yōu)化、臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)和管理、藥物重定位等重點(diǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)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(shù)助力下加速研發(fā)進(jìn)程，提高研發(fā)和臨床的成功率。

　　研究中心負(fù)責(zé)人許立達(dá)告訴記者，做創(chuàng)新藥，新靶點(diǎn)的研究是關(guān)鍵，利用人工智能技術(shù)對(duì)海量多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘可以幫助他們發(fā)現(xiàn)治療疾病的全新作用機(jī)制。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的新靶點(diǎn)，“根據(jù)‘鎖眼’的形狀，用人工智能或生物計(jì)算的方法，描摹出‘鑰匙’的樣子，就是從頭設(shè)計(jì)；有了‘鑰匙’雛形‘半成品’，再不斷迭代優(yōu)化，讓‘鑰匙’更精準(zhǔn)匹配‘鎖眼’，這就是‘親和力成熟’”。許立達(dá)說(shuō)，“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’?！?/p>

　　在抗體分子優(yōu)化方面，他們已經(jīng)搭建了一條計(jì)算輔助抗體親和力成熟的路線，能夠有效預(yù)測(cè)關(guān)鍵氨基酸，并利用這些預(yù)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)抗體的定向突變，讓他們?cè)?個(gè)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(shí)即可完成核酸序列的設(shè)計(jì)和篩選。目前，舜景醫(yī)藥借力AI研發(fā)的首款適應(yīng)癥為心腦血管疾病的創(chuàng)新藥已經(jīng)走過(guò)研發(fā)階段，即將進(jìn)入臨床。

　　值得一提的是，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)這個(gè)新藥的研究中心有干濕兩類實(shí)驗(yàn)室。濕實(shí)驗(yàn)指?jìng)鹘y(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)室，有各種試劑、實(shí)驗(yàn)操作；干實(shí)驗(yàn)指利用計(jì)算機(jī)的無(wú)水化操作。計(jì)算機(jī)結(jié)果在濕實(shí)驗(yàn)中反復(fù)驗(yàn)證后，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)一步優(yōu)化迭代，形成人工智能進(jìn)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(xué)科，需要具備信息科學(xué)、制藥工程、生物技術(shù)等專業(yè)背景的研發(fā)人員。“我們4年前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到AI技術(shù)是非常重要的加速器，開始組建隊(duì)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?！痹跓峋吧锒麻L(zhǎng)林長(zhǎng)青眼中，AI技術(shù)已經(jīng)成為很多行業(yè)實(shí)現(xiàn)加速發(fā)展的最佳“助攻”。

　　夯實(shí)基礎(chǔ)

　　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(jìn)程，更深刻影響著醫(yī)療器械的發(fā)展。中關(guān)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(gè)，其中一類新藥4個(gè)，國(guó)家創(chuàng)新醫(yī)療器械15個(gè)。在醫(yī)療機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域，人工智能也在大展拳腳。

　　創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復(fù)快，是手術(shù)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(shù)時(shí)需在患者顱骨上打4顆到5顆釘子固定框架，且術(shù)中操作調(diào)整角度和入路存在一定限制。對(duì)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(zhǔn)（北京）醫(yī)療設(shè)備股份有限公司將機(jī)器人技術(shù)、人工智能、影像處理技術(shù)融合，形成了神外手術(shù)機(jī)器人、磁共振引導(dǎo)激光消融治療系統(tǒng)、手術(shù)計(jì)劃軟件等多款國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)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(shù)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(dǎo)航定位機(jī)器人，用于急診腦出血快速精準(zhǔn)診療，幫醫(yī)生做手術(shù)規(guī)劃、路徑設(shè)計(jì)，以及術(shù)中精準(zhǔn)穿刺；也有面向更復(fù)雜、高風(fēng)險(xiǎn)的顱內(nèi)手術(shù)形成全鏈條的微創(chuàng)精準(zhǔn)手術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(shù)機(jī)器人可以減輕患者的痛苦，也可減輕醫(yī)生壓力，讓手術(shù)更精準(zhǔn)、高效和智能。手術(shù)機(jī)器人自帶“導(dǎo)航系統(tǒng)和大腦地圖”——手術(shù)計(jì)劃軟件一鍵智能融合多模態(tài)影像，實(shí)現(xiàn)血管、腫瘤等組織三維重建；3D結(jié)構(gòu)光可在1分鐘內(nèi)掃描患者面部上百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)云，將腦部真實(shí)信息與影像信息高精度配準(zhǔn)，提供最便捷、最安全的手術(shù)路徑和術(shù)中手術(shù)引導(dǎo)?！拔鞴献选痹谀睦?、怎樣取出“西瓜籽”，一目了然。

　　要讓人工智能在醫(yī)藥健康領(lǐng)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(huì)也花了不少心思。申海成說(shuō)，大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地正在儲(chǔ)備和整合醫(yī)藥健康數(shù)據(jù)資源。引進(jìn)北京市醫(yī)療器械大數(shù)據(jù)研究中心，并計(jì)劃建立“醫(yī)療器械大數(shù)據(jù)共享云中心”和“醫(yī)療器械A(chǔ)I超算服務(wù)中心”，加快醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群的數(shù)字化進(jìn)程。同時(shí)，建設(shè)北京生物信息智算中心，促進(jìn)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(jì)算醫(yī)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景。

　　“數(shù)據(jù)是推進(jìn)AI技術(shù)在醫(yī)藥健康領(lǐng)域加快應(yīng)用的核心驅(qū)動(dòng)力?！痹S立達(dá)說(shuō)，“我們吸收借鑒前沿技術(shù)建立自己的算法流程，再依托公共數(shù)據(jù)庫(kù)和企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，讓它變得更‘聰明’。” （經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 楊學(xué)聰）