Phát hiện thuốc đầu tiên của AI: Liệu robot có thể giúp các nhà khoa học khám phá ra các loại thuốc tân dược không?

• tác giả:
• tên tác giả

  Tầm nhìn lượng tử
• Tháng Tám 22, 2022

Tóm tắt thông tin chi tiết

Chi phí cao và tỷ lệ thất bại trong phát triển thuốc truyền thống đang thúc đẩy các công ty dược phẩm đầu tư vào công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) để tăng hiệu quả nghiên cứu và giảm chi phí. AI đang chuyển đổi ngành công nghiệp bằng cách nhanh chóng xác định các mục tiêu thuốc mới và cho phép điều trị cá nhân hóa. Sự chuyển hướng sang AI này đang định hình lại bối cảnh dược phẩm, từ việc thay đổi yêu cầu công việc đối với các nhà hóa học đến làm dấy lên những cuộc tranh luận về quyền sở hữu trí tuệ của AI.

Bối cảnh khám phá thuốc đầu tiên của AI

Dự án phát triển thuốc điển hình tiêu tốn 2.6 tỷ USD. Áp lực rất lớn đối với các nhà khoa học, vì 9 trong số 10 liệu pháp ứng cử viên không đạt được sự chấp thuận theo quy định. Do đó, các công ty dược phẩm đang tích cực đầu tư vào nền tảng AI trong những năm 2020 để tăng hiệu quả nghiên cứu đồng thời giảm chi phí. 

Các công nghệ AI khác nhau được sử dụng trong khám phá thuốc, bao gồm học máy (ML), xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) và thị giác máy tính. ML phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm tài liệu khoa học, thử nghiệm lâm sàng và hồ sơ bệnh nhân. Sau đó, thông tin này có thể được sử dụng để xác định các mẫu có thể đề xuất các mục tiêu thuốc mới hoặc dẫn đến việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. NLP, một mô hình dự đoán dựa trên ngôn ngữ, được sử dụng để khai thác dữ liệu từ các tài liệu khoa học, có thể làm nổi bật những cách mới mà các loại thuốc hiện có có thể được phát triển. Cuối cùng, thị giác máy tính phân tích hình ảnh của các tế bào và mô, có thể xác định những thay đổi liên quan đến bệnh tật.

Một ví dụ về một công ty dược phẩm sử dụng AI để phát triển các loại thuốc mới là Pfizer, sử dụng IBM Watson, một hệ thống ML có thể nghiên cứu rộng rãi các loại thuốc ung thư miễn dịch. Trong khi đó, Sanofi có trụ sở tại Pháp đã hợp tác với công ty khởi nghiệp Exscientia của Anh để tạo ra một nền tảng AI nhằm tìm kiếm các liệu pháp điều trị bệnh chuyển hóa. Công ty con Genentech của công ty Thụy Sĩ Roche đang sử dụng hệ thống AI từ GNS Healthcare có trụ sở tại Hoa Kỳ để dẫn đầu việc tìm kiếm các phương pháp điều trị ung thư. Tại Trung Quốc, công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học Meta Pharmaceuticals đã bảo đảm được khoản tài trợ hạt giống trị giá 15 triệu USD để phát triển các phương pháp điều trị bệnh tự miễn bằng cách sử dụng AI. Công ty được ươm tạo bởi một công ty khám phá thuốc có sự hỗ trợ của AI khác, Xtalpi.

Tác động gián đoạn

Có lẽ ứng dụng thực tế nhất của việc phát hiện ra loại thuốc đầu tiên dựa trên AI là việc phát triển loại thuốc điều trị đầu tiên cho bệnh COVID-19, một loại thuốc kháng vi-rút có tên là Remdesivir. Loại thuốc này ban đầu được các nhà nghiên cứu tại Gilead Sciences, một công ty công nghệ sinh học ở California, xác định là có khả năng điều trị virus bằng AI. Công ty đã sử dụng thuật toán để phân tích dữ liệu từ cơ sở dữ liệu GenBank, nơi chứa thông tin về tất cả các chuỗi DNA được công bố rộng rãi.

Thuật toán này đã xác định được hai ứng cử viên tiềm năng mà Gilead Sciences đã tổng hợp và thử nghiệm chống lại vi rút COVID-19 trong đĩa thí nghiệm. Cả hai ứng cử viên đều được phát hiện là có hiệu quả chống lại virus. Một trong những ứng cử viên này sau đó đã được chọn để phát triển và thử nghiệm thêm trên động vật và con người. Remdesivir cuối cùng đã được chứng minh là an toàn và hiệu quả và đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận sử dụng.

Kể từ đó, các công ty và tổ chức đã hợp tác để tìm ra thêm phương pháp điều trị COVID-19 bằng hệ thống AI. Vào năm 2021, 10 công ty đã hợp tác với nhau để tạo ra IMPECABLE (Đường ống mô hình hóa tích hợp để chữa bệnh bằng cách đánh giá khách hàng tiềm năng tốt hơn). Các tổ chức này bao gồm Đại học Rutgers, Đại học College London, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Trung tâm Siêu máy tính Leibniz và Tập đoàn NVIDIA.

Dự án này là một hệ thống mô phỏng AI hứa hẹn sẽ đẩy nhanh quá trình sàng lọc các loại thuốc tiềm năng cho bệnh nhân Covid-19 nhanh hơn 50,000 lần so với các phương pháp hiện tại. IMPECCABLE kết hợp nhiều công nghệ xử lý dữ liệu, mô hình hóa và mô phỏng dựa trên vật lý cũng như công nghệ ML để tạo ra AI sử dụng các mẫu trong dữ liệu để xây dựng các mô hình dự đoán. Không giống như phương pháp thông thường, nơi các nhà khoa học phải suy nghĩ cẩn thận và phát triển các phân tử dựa trên kiến ​​thức của họ, quy trình này cho phép các nhà nghiên cứu tự động sàng lọc số lượng lớn hóa chất, làm tăng đáng kể xác suất tìm thấy ứng cử viên phù hợp.

Ý nghĩa của việc khám phá loại thuốc đầu tiên của AI

Những tác động lớn hơn của việc áp dụng các phương pháp khám phá thuốc tiên tiến nhất của AI trong ngành có thể bao gồm: 

• Các nền tảng AI đảm nhận các nhiệm vụ theo truyền thống do các nhà hóa học mới vào nghề xử lý, đòi hỏi các chuyên gia này phải có được các kỹ năng mới hoặc thay đổi con đường sự nghiệp.
• Các công ty dược phẩm lớn sử dụng các nhà khoa học robot để tìm kiếm dữ liệu di truyền, bệnh tật và điều trị rộng rãi, thúc đẩy phát triển liệu pháp.
• Sự gia tăng mối quan hệ hợp tác giữa các công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học và các công ty dược phẩm lâu đời để phát triển thuốc được hỗ trợ bởi AI, thu hút nhiều đầu tư hơn từ các tổ chức chăm sóc sức khỏe.
• Tạo điều kiện thuận lợi cho các phương pháp điều trị y tế phù hợp cho những cá nhân có đặc điểm sinh học độc đáo, đặc biệt là những người mắc chứng rối loạn tự miễn dịch hiếm gặp.
• Các cuộc thảo luận pháp lý tăng cường về quyền sở hữu trí tuệ của AI trong việc khám phá thuốc và trách nhiệm giải trình đối với các lỗi liên quan đến AI trong lĩnh vực dược phẩm.
• Ngành chăm sóc sức khỏe đang giảm đáng kể chi phí trong quá trình phát triển thuốc, mang lại giá thuốc hợp lý hơn cho người tiêu dùng.
• Động lực việc làm trong lĩnh vực dược phẩm đang thay đổi, tập trung vào khoa học dữ liệu và chuyên môn AI thay vì kiến ​​thức dược phẩm truyền thống.
• Tiềm năng cải thiện kết quả sức khỏe toàn cầu nhờ quá trình phát triển thuốc nhanh hơn và hiệu quả hơn, đặc biệt là ở các nước đang phát triển.
• Các chính phủ có thể ban hành các chính sách để đảm bảo khả năng tiếp cận công bằng với các loại thuốc do AI phát minh, ngăn chặn sự độc quyền và thúc đẩy các lợi ích sức khỏe rộng hơn.
• Tác động đến môi trường giảm bớt khi việc phát triển thuốc dựa trên AI giúp giảm nhu cầu thực hiện các thí nghiệm và thử nghiệm tiêu tốn nhiều tài nguyên trong phòng thí nghiệm.

Các câu hỏi cần xem xét

• Còn bạn, bạn nghĩ khám phá loại thuốc đầu tiên của AI sẽ thay đổi ngành y tế như thế nào?
• Các chính phủ có thể làm gì để điều chỉnh sự phát triển thuốc ưu tiên AI, đặc biệt là giá cả và khả năng tiếp cận?