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以科技之“智”助醫(yī)療之“治”

發(fā)布時間:2024-04-15 09:35:00來源: 北京日報

  本報記者 陳強(qiáng)

  醫(yī)藥學(xué)發(fā)展到今天,新藥研發(fā)仍是一場九死一生的“冒險”,臨床失敗率極高。有人統(tǒng)計,新藥研發(fā)平均需要耗時10年、耗資10億美元,并且成功率不足10%。

  為什么這么難?以癌癥為例,如果腫瘤是一把鎖,靶點是鎖眼,藥就是鑰匙,為了找到最合適的那把,科研人員需要耗費大量精力、財力去篩選。

  眼下,大模型時代的人工智能正在悄然賦能千行百業(yè)。在被譽(yù)為“中國藥谷”的大興生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地,已經(jīng)有企業(yè)、科研院所通過這項新技術(shù)去尋找“新鑰匙”。新藥研發(fā)“10年10億美元10%成功率”的傳統(tǒng)“魔咒”正在被打破。在醫(yī)療機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域,人工智能也在大展拳腳。

  藥企引進(jìn)信息科學(xué)專業(yè)人才

  與印象里藥企研發(fā)團(tuán)隊全都穿著白大褂做實驗不同,熱景生物公司的新藥發(fā)現(xiàn)與設(shè)計研究中心,有一部分人平時面對的是電腦屏幕上的數(shù)據(jù)和藥物分子模型。

  這支團(tuán)隊的核心成員來自清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院、中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院、美國馬薩諸塞大學(xué)、約翰·霍普金斯大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)等國內(nèi)外頂尖高校及科研院所,且具備信息科學(xué)、制藥工程、生物技術(shù)等專業(yè)背景。這不難理解,引入人工智能研發(fā)新藥屬于交叉學(xué)科,需要很多專業(yè)的人才一起努力。就在前不久,他們的研究成果還發(fā)表在了國際權(quán)威期刊上。

  “計算機(jī)技術(shù)輔助研發(fā)新藥并不是新概念,我國早在上世紀(jì)80年代就有科學(xué)家開始嘗試。但受限于當(dāng)時的技術(shù),只能形成簡單模型,很難落到企業(yè)層面?!敝行呢?fù)責(zé)人許立達(dá)說,近年來,隨著算力、實驗技術(shù)的突飛猛進(jìn),藥企在發(fā)展過程中沉淀的大量珍貴數(shù)據(jù)有了更多“用武之地”。相比于信息技術(shù)企業(yè),藥企搭建人工智能算法模型也因此獲得了一定優(yōu)勢?!拔覀兾战梃b前沿技術(shù)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(jìn)行訓(xùn)練,能讓它變得更‘聰明’?!?/p>

  與新藥發(fā)現(xiàn)與設(shè)計研究中心同處一棟樓的,是熱景生物的大量專業(yè)實驗室。人工智能模型得出的計算結(jié)果,會在實驗室進(jìn)行多輪驗證,進(jìn)一步改進(jìn)藥物分子結(jié)構(gòu),獲得更好療效。除了借助人工智能算法模型發(fā)現(xiàn)“新鑰匙”,熱景生物還期待著它能找到“新鎖眼”,也就是新靶點,到那時,企業(yè)也將增加一條全新的賽道,并處于領(lǐng)跑位置。

  5秒鐘即可生成分子結(jié)構(gòu)式

  藥物分子經(jīng)過核磁共振,會在電腦上得到一串原始碳譜數(shù)字,這就好似它的“身份證號”。將這串?dāng)?shù)字輸入人工智能解譜系統(tǒng),只需短短5秒,就生成了多個分子結(jié)構(gòu)式,再經(jīng)過科研人員人工驗證,即可獲取“正確答案”。

  這聽起來有點科幻的一幕,發(fā)生在中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)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,“將碳譜轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)式,是研發(fā)新藥的關(guān)鍵一步。即便經(jīng)驗豐富的專業(yè)人士操作,也需要3到5天。短短5秒,可能連‘身份證號’還沒看全?!?/p>

  藥物研究所的科研人員們,擅長在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新藥。比如用于治療慢性肝炎的雙環(huán)醇,就是從五味子中提取出來的,協(xié)和藥廠平均年銷售額在10億元以上。如果新藥發(fā)現(xiàn)能夠提速,不僅患者有了更多治療方案,科研人員也將獲得更多經(jīng)費支持,實現(xiàn)良性循環(huán)。

  可研發(fā)新藥是個需要“坐冷板凳”的苦差事。汪小澗統(tǒng)計過,他帶的研究生,如果用傳統(tǒng)的篩選方法,平均每年每人只能合成20至40個分子,大多數(shù)分子還沒到達(dá)臨床階段就宣告“夭折”,如果借助人工智能解譜系統(tǒng),獲取的分子數(shù)量可以至少增加一倍,研發(fā)新藥的成功概率也會有所增加。

  這套解譜系統(tǒng)上線2年來,已經(jīng)吸引上萬名天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)化學(xué)從業(yè)者使用?!艾F(xiàn)階段,人工智能還僅僅是一種輔助工具,新藥研發(fā)還需要遵循傳統(tǒng)規(guī)律開展臨床試驗?!蓖粜菊f,希望和有實力的藥企一起合作用好臨床數(shù)據(jù),讓數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)擴(kuò)容,提高精準(zhǔn)度,“如果我們合成的20個分子中,有2到3個到達(dá)臨床階段甚至成為新藥,那將是人工智能巨大的成功。”

  智能機(jī)器人精準(zhǔn)導(dǎo)航手術(shù)路徑

  去年8月,西安一位體重僅2斤4兩的早產(chǎn)兒,在出生3天后突發(fā)腦出血。孩子年齡太小,腦出血的面積又比較大,精準(zhǔn)、微創(chuàng)進(jìn)行手術(shù)的難度非常大。經(jīng)慎重評估,醫(yī)生決定使用華科精準(zhǔn)公司微型機(jī)器人實施腦內(nèi)血腫穿刺外引流術(shù),不僅精準(zhǔn)定位了病灶,還成功清除了14毫升積血。

  華科精準(zhǔn)公司是“中國藥谷”園區(qū)企業(yè),研發(fā)的多款手術(shù)機(jī)器人已輔助醫(yī)生開展了2萬多臺神經(jīng)外科手術(shù)。公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官劉文博說,有相當(dāng)比例的神經(jīng)外科患者,其病灶位于顱內(nèi)深部,需要醫(yī)生先進(jìn)行準(zhǔn)確定位,再完整安全地切除病灶。過去,為了實現(xiàn)微創(chuàng)精準(zhǔn)的手術(shù)路徑設(shè)計和術(shù)中引導(dǎo),需要在患者清醒的狀態(tài)下往顱骨上打4到5顆釘子用來固定框架,患者的痛苦可想而知,且術(shù)中操作調(diào)整角度和入路存在一定限制。對于醫(yī)生而言,就像是在不切開西瓜的情況下,精準(zhǔn)取出一粒特定的西瓜籽,難度非常之大。

  如今,人工智能技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn),神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人可以使患者免受諸多痛苦,也可以大大減輕醫(yī)生的操作壓力。華科精準(zhǔn)手術(shù)機(jī)器人自帶“導(dǎo)航系統(tǒng)”——隨著機(jī)械臂擺動,機(jī)器人的3D結(jié)構(gòu)光可在1分鐘內(nèi)掃描患者面部上百萬個點云,機(jī)器人的手術(shù)軟件,融合了多模態(tài)影像處理技術(shù)、組織三維重建技術(shù)和高精度配準(zhǔn)技術(shù),可以快速將患者腦部精細(xì)的結(jié)構(gòu)和手術(shù)工具位置信息在顯示屏上直觀地呈現(xiàn)出來。經(jīng)過系統(tǒng)精密的計算,提供最便捷、最安全的手術(shù)路徑和術(shù)中手術(shù)引導(dǎo)。這樣一來,“西瓜籽”在哪里、怎樣取出“西瓜籽”,一目了然。

  新聞內(nèi)存

  作為本市醫(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)藥健康交叉融合項目,持續(xù)推動生命健康產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)在園區(qū)落地生根。目前,園區(qū)“AI+醫(yī)療”項目初步聚集,已引入深度制耀、中科基因等AI人工智能醫(yī)藥創(chuàng)新企業(yè),打造生物樣本庫及生物信息智算中心,將生物技術(shù)與人工智能深度融合,以“政產(chǎn)學(xué)研醫(yī)”協(xié)同創(chuàng)新共建模式,打造AI生物醫(yī)藥優(yōu)質(zhì)項目服務(wù)和孵化平臺。

(責(zé)編:李文治)

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