科技行者 3月6日 北京消息 開(kāi)發(fā)新藥絕不是一件容易的事。平均而言，新型藥品的開(kāi)發(fā)工作需要耗時(shí)十年，且研發(fā)成本高達(dá)26億美元——只有這樣的巨額投入之下，藥物才能由實(shí)驗(yàn)室真正走向市場(chǎng)。而由于其安全性及有效性的不確定性，最終往往只有約5%的實(shí)驗(yàn)性藥品能夠被實(shí)際投放市場(chǎng)。

不過(guò)藥物制造商與各大科技企業(yè)正投入數(shù)十億美元以建立人工智能解決方案，希望借此加快藥物發(fā)現(xiàn)速度并降低藥物成本。

華盛頓州雷蒙德市微軟研究實(shí)驗(yàn)室主任Eric Horvitz在近期于德克薩斯州奧斯汀市召開(kāi)的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上指出，“我認(rèn)為人工智能堪稱(chēng)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的沉睡巨人。”他解釋稱(chēng)，微軟公司正積極投資人工智能技術(shù)以推動(dòng)藥物設(shè)計(jì)與藥理學(xué)研究，研究藥物如何在體當(dāng)中發(fā)揮作用，并將這項(xiàng)技術(shù)描述為“巨大的機(jī)遇”。

微軟公司絕不是惟一在人工智能技術(shù)身上押下重注的廠商。截至2月底，位于多倫多的生物技術(shù)企業(yè)BenchSci已經(jīng)發(fā)布統(tǒng)計(jì)結(jié)論，發(fā)現(xiàn)目前已經(jīng)有16家制藥公司以及60多家初創(chuàng)企業(yè)在利用人工智能技術(shù)進(jìn)行藥物開(kāi)發(fā)。

最大的瓶頸

藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域最大的瓶頸通常在于研究工作的早期階段，特別是從確定潛在致病目標(biāo)(通常為人體內(nèi)的蛋白質(zhì))到測(cè)試候選藥物能否達(dá)成治療目的之間所需要的時(shí)間。

眾多最具發(fā)展雄心的人工智能組織——包括ATOM私營(yíng)-公共財(cái)團(tuán)——希望能夠?qū)⑦@一過(guò)程由原本的四到六年周期縮短至一年之內(nèi)。

由于只有5%的實(shí)驗(yàn)性藥物能夠最終被投放市場(chǎng)，因此人工智能技術(shù)的引入將有助于改善周期漫長(zhǎng)且以勞動(dòng)密集型為主的藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

當(dāng)然，這項(xiàng)崇高的目標(biāo)暫時(shí)還未能達(dá)成。不過(guò)總部位于倫敦的歐洲最大私營(yíng)人工智能企業(yè)BenevolentAI公司表示，一旦確定了有望攻克的疾病目標(biāo)，那么此項(xiàng)技術(shù)的引入將能夠顯著減少候選藥物所需試驗(yàn)數(shù)量與錯(cuò)誤量。到目前為止，該公司估計(jì)其能夠?qū)⑾嚓P(guān)研發(fā)成本降低60%，并將藥物的研發(fā)時(shí)間由原本的三年縮短至一年。

其它以人工智能為導(dǎo)向的藥物開(kāi)發(fā)工作也顯示出振奮人心的早期收益，其中包括更有效地治療艾滋病、高血壓、傳染病以及癌癥等。

提前預(yù)測(cè)失敗

由于成功開(kāi)發(fā)出新藥的可能性極低，因此制藥業(yè)已經(jīng)習(xí)慣了這種“幾乎總是以失敗告終”的狀況。但英國(guó)葛蘭素史克公司新近于巴爾的摩建立的AI藥物發(fā)現(xiàn)部門(mén)負(fù)責(zé)人John Baldoni表示，人工智能檢測(cè)方法能夠有效清除部分候選藥物，同時(shí)提取其中的有價(jià)值數(shù)據(jù)以推動(dòng)其它項(xiàng)目的發(fā)展。

舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)其所在公司的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，Baldoni和他的同事們發(fā)現(xiàn)超過(guò)23萬(wàn)種用于對(duì)大腦疾病進(jìn)行靶向治療的候選藥物。他指出，這些分子雖然都不適合其目前所推動(dòng)的項(xiàng)目(專(zhuān)注于其它疾病)，但人工智能算法仍有助于揭示這類(lèi)能夠進(jìn)入大腦的化學(xué)成分中的共通性結(jié)構(gòu)特征。

Baldoni的團(tuán)隊(duì)目前正在明智其它人工智能程序來(lái)模擬如何將這些分子以新的方式組合在一起，并預(yù)測(cè)其中哪些部分可能有助于滲透至大腦之內(nèi)以達(dá)到治療疾病的目的——而哪些組合可能產(chǎn)生毒性。

BenevolentAI公司已經(jīng)擴(kuò)大了其研究規(guī)模，其中涉及20多種針對(duì)罕見(jiàn)型癌癥、炎癥、神經(jīng)退行性疾病以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物研發(fā)計(jì)劃。在接受NBC新聞的采訪時(shí)，該公司董事長(zhǎng)Ken Mulvany表示，他們所使用的計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練以了解生物醫(yī)學(xué)語(yǔ)言，并能夠在人體之內(nèi)找到藥物、疾病以及蛋白質(zhì)之間存在的神秘關(guān)聯(lián)。

該公司的一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)?zāi)壳罢跍y(cè)試一種名為bavisant的失敗藥物對(duì)帕金森患者日間過(guò)度嗜睡癥狀的治療效果。在2012年利用bavisant對(duì)患有注意力缺陷多動(dòng)障礙的成年病人進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)時(shí)，雖然藥物最終未能起到應(yīng)有療效，但研究人員們發(fā)現(xiàn)其副作用之一正是失眠。該公司利用AI算法建模方式證實(shí)了該化合物對(duì)睡覺(jué)的潛在影響，而這也正是目前治療帕金森相關(guān)嗜睡癥狀臨床實(shí)驗(yàn)的契機(jī)。

BenevolentAI公司還利用其它AI計(jì)算機(jī)算法為肌萎縮側(cè)索硬化(簡(jiǎn)稱(chēng)ALS)探索新的治療方案選項(xiàng)——這是一種退行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。2016年，該公司在一周之內(nèi)確定了五種假造藥物。如果沒(méi)有人工智能技術(shù)的幫助，這一過(guò)程可能需要數(shù)年時(shí)間才能完成。

前景與挑戰(zhàn)

當(dāng)然，并不是所有人都相信人工智能技術(shù)會(huì)改變藥物的開(kāi)發(fā)前景。

哈佛大學(xué)化學(xué)家Alan Aspuru-Guzik博士曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出面向材料科學(xué)的人工智能應(yīng)用，而目前其正轉(zhuǎn)向藥物研發(fā)領(lǐng)域。在他看來(lái)，這一領(lǐng)域確實(shí)充斥著大量炒作氣息。盡管如此，他認(rèn)為“脾氣暴躁”的反對(duì)者們顯然忽略了他在這方面付出的努力，而真正的從業(yè)者也不會(huì)受到影響。他表示，“在不同領(lǐng)域之間的邊界位置，總會(huì)出現(xiàn)眾多令人興奮的新生事物，而摩擦也將同樣不可避免。”

目前的一大主要挑戰(zhàn)，在于如何收集充足且可靠的信息來(lái)正確訓(xùn)練沃森以及其它人工智能系統(tǒng)。Aspuru-Guzik指出，“人工智能的實(shí)際質(zhì)量取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量。”

基于他自己設(shè)計(jì)的、用于工業(yè)類(lèi)分子應(yīng)用的人工智能策略，他解釋了應(yīng)如何立足藥物研發(fā)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算機(jī)進(jìn)行更好地訓(xùn)練。首先，他將數(shù)十萬(wàn)種類(lèi)似藥物的分子信息輸入到AI算法當(dāng)中，以幫助其學(xué)習(xí)各類(lèi)分子間的共通性特征。最終，計(jì)算機(jī)將變得足夠聰明，從而自行預(yù)測(cè)新藥的結(jié)構(gòu)表達(dá)。

他指出，“沒(méi)錯(cuò)，人工智能會(huì)無(wú)數(shù)次預(yù)測(cè)出垃圾結(jié)果。”然而，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)方法以排除那些無(wú)用的預(yù)測(cè)，并獎(jiǎng)勵(lì)好的預(yù)測(cè)結(jié)果，從而訓(xùn)練計(jì)算機(jī)并不斷提升其準(zhǔn)確性水平。

目前受到廣泛關(guān)注的生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱(chēng)GAN)方法就是在兩套人工智能網(wǎng)絡(luò)之間建立一種競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。其中的發(fā)生器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)猜測(cè)藥物分子，而鑒別器網(wǎng)絡(luò)則對(duì)每一項(xiàng)猜測(cè)結(jié)果作出對(duì)錯(cuò)判斷。Aspuru-Guzik表示，“剛開(kāi)始，這兩套網(wǎng)絡(luò)都愚蠢得不忍直視。但隨著時(shí)間的推移，兩套網(wǎng)絡(luò)會(huì)相互學(xué)習(xí)并同時(shí)變得更加聰明。”

當(dāng)然，計(jì)算機(jī)仍然會(huì)被人類(lèi)所愚弄，這一點(diǎn)相信對(duì)于GPS導(dǎo)入死路或者因臨時(shí)封道而無(wú)法前進(jìn)的用戶們可謂深有體會(huì)。在Aspuru-Guzik看來(lái)，人工智能會(huì)提升人類(lèi)的能力，但絕不會(huì)取而代之。他總結(jié)稱(chēng)，“人工智能會(huì)給我們帶來(lái)新的超能力，但最終仍將由人類(lèi)對(duì)其進(jìn)行控制與使用。