“中国药谷”依托人工智能创新研发

本文转自：经济日报

“中国药谷”依托人工智能创新研发

——北京大兴科技赋能生物医药产业迈向高端

□ 本报记者 杨学聪

中国医学科学院北京协和医学院药物研究所外景。（资料图片）

用时10年、耗资10亿美元，是新药研发领域公认的“双十定律”。随着新技术不断涌现，生物医药企业不断借力人工智能的新质力量，尝试打破这一“定律”。如今，有“中国药谷”之称的北京中关村科技园区大兴生物医药产业基地，正在打造“人工智能+”的医药创新生态，通过提高成功率、精准度，加速新药研发进程，助力生物医药产业迈向高端。

靶向精准

新药研发难在哪里？以癌症为例，如果将肿瘤比喻成一把锁，靶点是锁眼，药就是钥匙。为了找到匹配度最高的钥匙，生物医药企业需要耗费大量人力财力去筛选、优化。人工智能与生俱来的“快反馈”，让生物医药企业发现了研发加速的可能性。在大兴生物医药产业基地，不少企业、科研院所正运用这项新技术寻找“锁眼”，打造“钥匙”。

分子结构包括功能性分子是新药发现最源头的路径。在中国医学科学院北京协和医学院药物研究所，科研人员最擅长在天然产物中发现新药。他们借助核磁共振，利用计算机视觉技术即可解析药物复杂分子结构。将解析出的碳谱数字输入人工智能解谱系统，短短5秒钟之后，就能生成多个分子结构式。

中国医学科学院北京协和医学院药物研究所研究员、博士生导师汪小涧是解谱系统的研发带头人。他告诉记者，研发新药费时费力，将碳谱转化成结构式是研发新药的关键一步。以前专业人员需要3天到5天完成的工作，现在被智能识谱、智能搜谱、智能解谱技术压缩至短短几秒，效率的提升不言而喻。

同在该药物研究所，新药开发研究室副研究员夏杰则开发出一个小分子抗菌药物AI自动设计软件。以前，研发人员需要掌握尽可能多的数据，耗时几个月才能完成的设计，如今，凭借AI技术的快反馈，这套软件不需人为干预，只要提供靶点、靶标和相应数据，2小时就能设计出一些简单的分子。

不管是核磁5秒钟“识图”，还是软件设计的“2小时达”，都是在研发进程不变的前提下，实现既有的环节更有效率。人工智能在提高准确率上也大有可为。以前要找到一个具有成药潜力的分子，研究人员往往需要在前期合成的将近1000个分子中进行筛选；有了人工智能助力，筛选范围可以从近千个锐减至20个至40个分子，产出也是惊人的。

“现阶段，人工智能还仅仅是一种辅助工具。”汪小涧说，借助生成式人工智能的分子设计方法，他们已发现若干具有治疗自身免疫性疾病以及显著抗肿瘤活性的临床候选物，正在进一步的临床前研究过程中。他希望能通过合作实现临床数据库的扩容，提高精准度，“如果我们合成的20个分子中，有2个到3个到达临床阶段甚至成为新药，那将是人工智能巨大的成功”。

最佳路径

作为北京医药健康产业发展的主阵地，大兴生物医药产业基地积极引进人工智能、大数据与医药健康交叉融合项目，持续推动生命健康产业前沿技术在园区落地生根。

不久前，生物医药基地新添AI智能新药研发平台——“X-Gen AI新药发现与设计研究中心”，该平台由园区内企业热景生物成立，推动AI技术在药物靶点发现、药效筛选、药物分子设计和优化、临床试验设计和管理、药物重定位等重点环节的应用。热景生物旗下两家高新药企——舜景医药与尧景基因，在AI技术助力下加速研发进程，提高研发和临床的成功率。

研究中心负责人许立达告诉记者，做创新药，新靶点的研究是关键，利用人工智能技术对海量多组学数据进行挖掘可以帮助他们发现治疗疾病的全新作用机制。针对发现的新靶点，“根据‘锁眼’的形状，用人工智能或生物计算的方法，描摹出‘钥匙’的样子，就是从头设计；有了‘钥匙’雏形‘半成品’，再不断迭代优化，让‘钥匙’更精准匹配‘锁眼’，这就是‘亲和力成熟’”。许立达说，“这两条路径相辅相成，可以帮助我们更快找到最合适的‘钥匙’。”

在抗体分子优化方面，他们已经搭建了一条计算辅助抗体亲和力成熟的路线，能够有效预测关键氨基酸，并利用这些预测结果指导抗体的定向突变，让他们在2个月内得到亲和力提升10倍的抗体。在AI加持下，核酸药开发效率更高，8小时即可完成核酸序列的设计和筛选。目前，舜景医药借力AI研发的首款适应症为心脑血管疾病的创新药已经走过研发阶段，即将进入临床。

值得一提的是，发现与设计这个新药的研究中心有干湿两类实验室。湿实验指传统的生物实验室，有各种试剂、实验操作；干实验指利用计算机的无水化操作。计算机结果在湿实验中反复验证后，在计算机上进一步优化迭代，形成人工智能进入生物制药研发的成功路径。

人工智能研发新药属于交叉学科，需要具备信息科学、制药工程、生物技术等专业背景的研发人员。“我们4年前已经认识到AI技术是非常重要的加速器，开始组建队伍，一边做研发，一边打磨算法、模型、流程。现在尝到了AI提高成功率的甜头。”在热景生物董事长林长青眼中，AI技术已经成为很多行业实现加速发展的最佳“助攻”。

夯实基础

在生物医药行业，人工智能改变的不只是创新药研发进程，更深刻影响着医疗器械的发展。中关村科技园区大兴生物医药产业基地公司党委副书记、总经理申海成告诉记者，基地已有上市产品600余个，其中一类新药4个，国家创新医疗器械15个。在医疗机器人研发领域，人工智能也在大展拳脚。

创伤小、疼痛轻、恢复快，是手术患者共同的愿望，在神经外科表现得尤为突出。有些患者的病灶位于颅内深部，以往手术时需在患者颅骨上打4颗到5颗钉子固定框架，且术中操作调整角度和入路存在一定限制。对医生而言，就像要求不切开“西瓜”，取出一粒特定的“西瓜籽”，难度之大可想而知。

区内企业华科精准（北京）医疗设备股份有限公司将机器人技术、人工智能、影像处理技术融合，形成了神外手术机器人、磁共振引导激光消融治疗系统、手术计划软件等多款国家药品监督管理局批准创新医疗器械产品。公司联合创始人兼首席技术官刘文博介绍，他们既有面向基层医院神经外科微型导航定位机器人，用于急诊脑出血快速精准诊疗，帮医生做手术规划、路径设计，以及术中精准穿刺；也有面向更复杂、高风险的颅内手术形成全链条的微创精准手术方案，实现精准定位电极植入、微创治疗、激光消融全流程赋能。

这些神经外科手术机器人可以减轻患者的痛苦，也可减轻医生压力，让手术更精准、高效和智能。手术机器人自带“导航系统和大脑地图”——手术计划软件一键智能融合多模态影像，实现血管、肿瘤等组织三维重建；3D结构光可在1分钟内扫描患者面部上百万个点云，将脑部真实信息与影像信息高精度配准，提供最便捷、最安全的手术路径和术中手术引导。“西瓜籽”在哪里、怎样取出“西瓜籽”，一目了然。

要让人工智能在医药健康领域发挥更大的作用，大兴生物医药产业基地管委会也花了不少心思。申海成说，大兴生物医药产业基地正在储备和整合医药健康数据资源。引进北京市医疗器械大数据研究中心，并计划建立“医疗器械大数据共享云中心”和“医疗器械AI超算服务中心”，加快医药产业集群的数字化进程。同时，建设北京生物信息智算中心，促进生物样本数据、临床数据和研究数据开放共享，并提供丰富的计算医学应用场景。

“数据是推进AI技术在医药健康领域加快应用的核心驱动力。”许立达说，“我们吸收借鉴前沿技术建立自己的算法流程，再依托公共数据库和企业内部数据对模型进行训练，让它变得更‘聪明’。”