瞻觀前沿

1月12日，《自然-化學(xué)工程》一篇論文顯示，研究人員開(kāi)發(fā)出一個(gè)能對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行工程改造的人工智能(AI)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)機(jī)器人，這項(xiàng)研究結(jié)果是對(duì)無(wú)需人類(lèi)干預(yù)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和構(gòu)建的一次概念驗(yàn)證。

在本次研究中，論文通訊作者、美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校Philip A. Romero和同事合作設(shè)計(jì)出名為SAMPLE(Self-driving Autonomous Machines for Protein Landscape Exploration)的機(jī)器人平臺(tái)，能在沒(méi)有人類(lèi)干預(yù)或反饋的情況下快速改造蛋白質(zhì)。該平臺(tái)由AI驅(qū)動(dòng)，能學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)序列和功能間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出新的蛋白質(zhì)后把這些蛋白質(zhì)送到機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，再向AI算法進(jìn)行反饋，提升其理解。

該論文介紹，蛋白質(zhì)在所有生命形式中都起著重要作用，蛋白質(zhì)的各種功能廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)。改造新的蛋白質(zhì)通常是個(gè)重復(fù)且費(fèi)力的過(guò)程，有時(shí)甚至要好多年才能完成。由于生物性狀和實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，開(kāi)發(fā)一個(gè)能持續(xù)運(yùn)作不休息并能從產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的全自動(dòng)系統(tǒng)一直是個(gè)挑戰(zhàn)。

為測(cè)試該系統(tǒng)，論文作者用4個(gè)SAMPLE智能體改造出了耐熱性更好的酶。雖然搜索行為不同，但每個(gè)SAMPLE智能體都能發(fā)現(xiàn)熱穩(wěn)定性更好的酶。論文作者估計(jì)，這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)或許只要幾周就能改造完這些蛋白質(zhì)，成本也只要原來(lái)的一小部分，而同樣任務(wù)可能需要人類(lèi)科學(xué)家耗時(shí)6-12個(gè)月。

論文作者總結(jié)指出，獲取資源延遲、機(jī)器人故障和系統(tǒng)宕機(jī)可能會(huì)影響該機(jī)器人研發(fā)蛋白質(zhì)的總耗時(shí)，因此，提議該系統(tǒng)以協(xié)助蛋白質(zhì)的按需發(fā)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

AI新藥研發(fā)(AIDD)又稱(chēng)AI制藥：是指在原研藥與創(chuàng)新藥研發(fā)過(guò)程中的相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景下引入人工智能技術(shù)，以達(dá)到短時(shí)、低成本開(kāi)發(fā)新藥的目的。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)相比，兩者在基礎(chǔ)要素、推導(dǎo)方式等方面均有差異，AI可以間接應(yīng)用于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)，助其發(fā)展。

AI新藥研發(fā)上游圍繞人工智能展開(kāi)，可分為軟件和硬件，包括云計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、GPU芯片、自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室和服務(wù)器等。中游按照企業(yè)功能布局可分為藥物發(fā)現(xiàn)階段、臨床前研究階段和臨床試驗(yàn)階段。下游目標(biāo)客戶(hù)主要為傳統(tǒng)藥企和CRO企業(yè)。

這項(xiàng)技術(shù)位于人工智能新藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。改造蛋白質(zhì)工作通常是重復(fù)且費(fèi)力的，但處理重復(fù)且費(fèi)力的工作，卻恰恰是人工智能的強(qiáng)項(xiàng)。SAMPLE系統(tǒng)僅需短短幾周的時(shí)間就能完成人類(lèi)科學(xué)家耗時(shí)數(shù)月才能完成的工作量，讓科學(xué)家節(jié)省了大量時(shí)間。其速度遠(yuǎn)超人類(lèi)，且在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有人類(lèi)干預(yù)，這標(biāo)志著一次重要的技術(shù)突破。

宏觀市場(chǎng)觀察

AIDD初創(chuàng)企業(yè)主要在2020年前后進(jìn)入市場(chǎng)

目前，我國(guó)AI新藥研發(fā)(AIDD)初創(chuàng)企業(yè)主要集中在2020年前后進(jìn)入市場(chǎng)。

企業(yè)主要集中在北京、廣東、上海、江蘇和浙江等地

目目前，我國(guó)AI新藥研發(fā)(AIDD)企業(yè)主要集中在北京、廣東、上海、江蘇和浙江等地。其中，位于北京的企業(yè)比重達(dá)到了29.2%，其次是廣東和上海，分別達(dá)到了20.8%。

行業(yè)發(fā)展前景及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)弗若斯特沙利文的資料，小分子藥物是目前市場(chǎng)規(guī)模最大的一類(lèi)藥物，于2021年前將占全球制藥市場(chǎng)1.4萬(wàn)億美元的76%。小分子藥物較其他治療方案具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)活化或抑制的能力或輕松穿過(guò)血腦屏障的能力。

盡管小分子市場(chǎng)規(guī)模巨大，但全球范圍內(nèi)對(duì)新的治療方案仍有大量的醫(yī)療需求并未得到滿(mǎn)足。以美國(guó)為例子，在2021年，美國(guó)約有十分之一的人患有罕見(jiàn)疾病，但只有5%的罕見(jiàn)疾病有FDA批準(zhǔn)的治療方案。為解決該問(wèn)題，全球制藥行業(yè)逐漸利用AIDD的效率以開(kāi)發(fā)小分子藥物，尤其是新型小分子藥物，以解決未滿(mǎn)足的臨床需求。

中國(guó)AI制藥技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前新藥研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在長(zhǎng)三角和粵港澳大灣區(qū)，尤其是廣東成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于新藥研發(fā)，成為潛在的AI制藥技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布，華東地區(qū)有極大的可能性成為新藥研發(fā)技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注深圳市福田區(qū)、上海浦東新區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對(duì)AI制藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場(chǎng)。

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標(biāo)簽： 蛋白質(zhì) 新藥 研發(fā) 隨筆