在科技交叉越來越頻繁的當(dāng)下，人工智能、機(jī)器人技術(shù)、數(shù)字生物學(xué)已經(jīng)成為了底層的 “數(shù)字基建”，為生命科學(xué)的發(fā)展帶來了越來越多的突破。那么，當(dāng)人工智能、機(jī)器人技術(shù)、數(shù)字生物學(xué)等被寄予厚望的技術(shù)相互疊加時會發(fā)生什么？指數(shù)型技術(shù)的融合將如何改變傳統(tǒng)藥物研發(fā)？
本周 AI 制藥領(lǐng)域的明星公司英矽智能完成 D 輪融資，同步首次官宣了正在建設(shè)中的全自動化智能機(jī)器人藥物研發(fā)實(shí)驗室。作為影響第五次工業(yè)革命的前沿技術(shù)的融合落地應(yīng)用場景，這個實(shí)驗室不僅有望高效變革早期藥物發(fā)現(xiàn)流程，同時也將作為機(jī)器人生物數(shù)據(jù)工廠，補(bǔ)充龐大的數(shù)據(jù)資源，以進(jìn)一步對其人工智能平臺的訓(xùn)練與迭代。
為早期藥物發(fā)現(xiàn)注入新動能
英矽智能成立于 2014 年是最早一批人工智能制藥公司，在創(chuàng)立之初就試圖以人工智能驅(qū)動早期藥物發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟。在不斷訓(xùn)練夯實(shí)人工智能技術(shù)并汲取跨國藥企的合作經(jīng)驗后，英矽智能推出了包括人工智能靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)引擎 PandaOmics、小分子化合物生成引擎 Chemistry42 等在內(nèi)的 Pharma.AI 人工智能平臺，并在自有生物醫(yī)藥研發(fā)管線和外部合作項目中，對平臺的藥物發(fā)現(xiàn)能力展開驗證。
英矽智能創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Alex Zhavoronkov 博士表示，現(xiàn)在想要做的就是把這些經(jīng)過驗證的人工智能平臺應(yīng)用于機(jī)器人實(shí)驗室場景，進(jìn)一步自動化藥物發(fā)現(xiàn)能力：“我們希望走得更遠(yuǎn)，不止于人。我們想先做動物實(shí)驗，對動物細(xì)胞、動物組織進(jìn)行剖析，從而深入了解人類生物學(xué)，并學(xué)習(xí)如何從動物組織、動物細(xì)胞中識別靶點(diǎn)、進(jìn)行驗證并將其與人類聯(lián)系起來。這是因為生物制藥行業(yè)最大的問題之一就是轉(zhuǎn)化，我們想要確保動物和人類數(shù)據(jù)完全匹配?！?/p>
智能機(jī)器人實(shí)驗室通過將人工智能與機(jī)器人、自動化技術(shù)相結(jié)合，利用機(jī)器人自動化技術(shù)完成傳統(tǒng)由人工操作的等早期藥物研發(fā)中的生物學(xué)實(shí)驗。此外，實(shí)驗中產(chǎn)生的所有新數(shù)據(jù)，可以用來進(jìn)一步擴(kuò)充英矽智能龐大的在線數(shù)據(jù)庫?！拔覀冇媱潓⒅悄軝C(jī)器人實(shí)驗室與英矽智能自主研發(fā)的人工智能平臺形成閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對人工智能預(yù)測結(jié)果的實(shí)驗驗證，以及實(shí)驗數(shù)據(jù)驅(qū)動的 AI 算法迭代優(yōu)化。我們期待通過智能機(jī)器人實(shí)驗室?guī)椭卣箖?nèi)部自研管線，同時也為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新動能?！?/p>
從概念到實(shí)踐，智能機(jī)器人實(shí)驗室的應(yīng)用
從生物學(xué)角度，機(jī)器人實(shí)驗室可以進(jìn)行自動化高通量生物活性測試，支持高內(nèi)涵高通量篩選及下一代基因測序；在藥代動力學(xué)方面，機(jī)器人實(shí)驗室可以自動收集溶解度、透膜度、代謝穩(wěn)定性等眾多體外數(shù)據(jù)。此外，實(shí)驗室在靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和驗證方面也有著更廣泛的應(yīng)用，比如促進(jìn)合成致死領(lǐng)域的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)等。
具體而言，智能機(jī)器人實(shí)驗室首先通過靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)平臺 PandaOmics 將靶點(diǎn)和特定疾病聯(lián)系起來，然后利用機(jī)器人自動化技術(shù)完成傳統(tǒng)由人工操作的靶點(diǎn)驗證生物學(xué)實(shí)驗，包括：基因敲除/插入、體外分析和測序、細(xì)胞成像和觀察、深度表型分析等，最終幫助科學(xué)家進(jìn)一步確認(rèn)靶點(diǎn)。
英矽智能首席科學(xué)官任峰博士介紹道：“機(jī)器人實(shí)驗室可以利用基因編輯或者化合物對細(xì)胞進(jìn)行干擾，通過對干擾前后的細(xì)胞分別進(jìn)行高通量和高內(nèi)涵成像，可以對比細(xì)胞在干擾前后的表型變化。此外，對干擾前后的細(xì)胞分別進(jìn)行測序可以幫助確認(rèn)化合物到底影響了哪些基因的表達(dá)。這樣，就可以比較容易地找到化合物所影響的基因，并了解這些基因與哪些表型相關(guān)聯(lián)?！?/p>
“人工智能賦能新藥研發(fā)的競爭，會逐漸從算法的競爭過渡到數(shù)據(jù)的競爭。” 英矽智能建立該實(shí)驗室的初衷之一就是產(chǎn)生更多的獨(dú)有和合作的數(shù)據(jù)，從而幫助人工智能算法優(yōu)化。此外，藥物研發(fā)實(shí)驗室在自動化的基礎(chǔ)上，加入了人工智能的元素，使該自動化的流程不是由人而是以由 PandaOmics 為代表的人工智能來控制，這也是智能機(jī)器人實(shí)驗室與普通自動化實(shí)驗室的最大區(qū)別。任峰認(rèn)為，“智能機(jī)器人實(shí)驗室是未來的發(fā)展方向，以后它的應(yīng)用會越來越廣泛，人類的重復(fù)性勞動將逐漸被機(jī)器所取代。”
聯(lián)動生態(tài)圈上下游打造行業(yè)標(biāo)桿
而這樣一個融合人工智能、機(jī)器人技術(shù)、數(shù)字生物學(xué)等跨界學(xué)科的智能機(jī)器人實(shí)驗室，也離不開生態(tài)圈上下游的支持。
英矽智能合作伙伴之一上海匯像的創(chuàng)始人兼總經(jīng)理劉家朋博士表示，人工智能正在引領(lǐng)人類全新的工業(yè)革命，而這也催生了實(shí)驗室自動化從單機(jī)模塊自動化向超級機(jī)器智能的裂變?！斑@樣一個超級機(jī)器人實(shí)驗室是破界融合的產(chǎn)物，擁有超過人類的正確性與重復(fù)性，可以將知識技能可視化與共享化，實(shí)現(xiàn)高柔性、高通量和高安全，將科學(xué)家從簡單的重復(fù)工作中解放出來，去做更有價值、更有意義的事情。”
為實(shí)驗室提供數(shù)據(jù)化解決方案的合作伙伴還包括全球領(lǐng)先的云計算服務(wù)及云解決方案提供商亞馬遜云科技（AWS），基因芯片及基因測序?qū)＜乙蛎兰{（Illumina），人工智能計算的引領(lǐng)者英偉達(dá)（NVIDIA）等生態(tài)圈伙伴。在早前 “智能實(shí)驗室驅(qū)動藥物研發(fā)的探索與展望” 的網(wǎng)絡(luò)研討會中，多家合作伙伴也就數(shù)字化解決方案，如何引領(lǐng)藥物研發(fā)的下一波浪潮各抒己見。
亞馬遜云科技（AWS）醫(yī)療與生命科學(xué)行業(yè)高級總監(jiān)黃慶春表示：“在數(shù)據(jù)的使用上，我們是否可以從應(yīng)用場景出發(fā)來考慮數(shù)據(jù)的實(shí)際使用？相比于傳統(tǒng)的把所有數(shù)據(jù)保存下來并逐漸豐富的模式，我們是不是可以反過來，以終為始，倒推需要什么數(shù)據(jù)和技術(shù)，然后搭建相應(yīng)的團(tuán)隊，從而讓藥物研發(fā)更加有靶向性?！?/p>
因美納（Illumina）大中華區(qū)醫(yī)學(xué)總監(jiān)汪敏博士表示：“基于細(xì)胞系的藥物反應(yīng)研究，一直是新藥研發(fā)非常重要同時具有挑戰(zhàn)性的一環(huán)。依托先進(jìn)的 AI 圖像算法，自動化細(xì)胞成像可以產(chǎn)生細(xì)胞形態(tài)的海量數(shù)據(jù)集，從而用于藥物發(fā)現(xiàn)或者藥物作用機(jī)制的研究。 但僅根據(jù)細(xì)胞形態(tài)這樣的表型信息，能否幫助建立準(zhǔn)確的 AI 模型？畢竟，僅觀察細(xì)胞表型的變化，無法得知細(xì)胞內(nèi)部的變化。從這個角度而言，基因測序，特別是對單細(xì)胞的基因測序，可以幫助我們獲得正常的細(xì)胞和疾病細(xì)胞之間的基因表達(dá)變化，從而為 AI 建模和藥物的作用機(jī)制提供有價值的信息?！?/p>
英偉達(dá)（NVIDIA）醫(yī)療行業(yè)銷售總監(jiān)Wilson Zhao表示，“如何保證數(shù)據(jù)的一致性和重復(fù)性，從而迭代優(yōu)化 AI 模型，是未來人工智能發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。其次還有數(shù)據(jù)共享的問題。對一些藥企而言，數(shù)據(jù)是非常重要且敏感的資產(chǎn)。如何保證更多優(yōu)質(zhì)公共數(shù)據(jù)的共享與獲取，也是未來數(shù)據(jù)化解決方案面臨的一大難題。此外，藥物研發(fā)本身周期長，成本高，成功率低。除了早期的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)分子設(shè)計，后期的臨床前實(shí)驗、臨床試驗也要耗費(fèi)巨大的時間和金錢。如果能夠通過人工智能提高藥物研發(fā)后期如臨床試驗的成功率，我想可能會給整個行業(yè)帶來信心?！?/p>
結(jié)語
據(jù)介紹，英矽智能的智能機(jī)器人實(shí)驗室籌建于蘇州生物醫(yī)藥聚集高地 BioBAY 園區(qū)，占地面積超過 1600 平，組建一支由擁有豐富經(jīng)驗的醫(yī)藥研發(fā)科學(xué)家，生物自動化科學(xué)家，生物信息科學(xué)家，人工智能科學(xué)家及軟件開發(fā)科學(xué)家組成的智能藥物研發(fā)團(tuán)隊，并團(tuán)結(jié)國內(nèi)外多方專家及機(jī)構(gòu)，計劃于今年第三季度起分步投入運(yùn)營。
藥物研發(fā)是一場耗時久、花費(fèi)高的數(shù)據(jù)解謎游戲。通過對人工智能、自動化、機(jī)器人和生物學(xué)能力的深度融合，期待英矽智能持續(xù)探索智能自動化在數(shù)據(jù)處理及新藥研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用可能，從而為行業(yè)的融合創(chuàng)新及更多創(chuàng)新候選藥物的研發(fā)注入新動能。