當前，利用人工智能參與新藥發(fā)現與設計，已經成為當前新藥研發(fā)的熱門賽道。曾經，麻省理工學院利用人工智能技術成功發(fā)現新型抗生素--Halicin（哈利辛），該抗生素展現出非常強大的抗菌效果。他們利用人工智能模型的自主學習和分析，成功篩選出具有卓越抑制細菌生長能力的分子。該AI模型基于對2000個已知性能分子的深度學習，不僅發(fā)現了新的抗生素特征，而且在超大規(guī)模的產品庫中精準篩選出了一個高效的抗生素。本文以哈利辛為例，對此做一分析。
圖1 Halicin（哈利辛）的分子結構式
▲與其他抗菌藥相比，AI發(fā)現的新藥特點如何？
哈利辛這種抗生素對市面上已產生耐藥性的細菌具有強大的殺菌作用，并且不誘導新的抗藥性。與傳統(tǒng)驗證方法相比，利用人工智能模型的篩選速度極快，大大降低了成本。有趣的是，哈利辛表現出人類科學家先前未曾理解的特征，這一發(fā)現為抗生素研究領域帶來了新的啟示。然而，該特征的本質目前仍是未知的，即便在人工智能模型的訓練中也無法找到明確答案。這一研究成果表明，人工智能在藥物研發(fā)領域的應用已經超越了人類傳統(tǒng)方法的限制。
人工智能在藥物研發(fā)中帶來了更高效、更經濟、更創(chuàng)新的藥物發(fā)現過程。這種超越主要體現在研發(fā)速度、成本效益和對藥物特性的全新認識方面。例如：人工智能模型能夠更迅速、高效地篩選潛在的藥物候選物，相較于傳統(tǒng)的實驗驗證方法，顯著縮短了藥物發(fā)現的時間周期。利用人工智能模型進行藥物篩選大大降低了研發(fā)的成本，相比傳統(tǒng)方法，更經濟高效。人工智能模型展示出能夠揭示先前未被理解的藥物特征，這些特征可能在傳統(tǒng)研究方法中很難被發(fā)現，從而為新藥的研發(fā)提供了更多的創(chuàng)新方向。
▲為何被命名為Halicin，這個奇怪的名字？
Halicin（哈利辛）原名其實只有一個代碼，就叫SU-3327，它其實只是一種實驗藥物，或者說藥物原型。它最初被研究用于治療糖尿病，但由于測試結果不佳，該化合物的應用開發(fā)早就已經停止，僅被作為實驗藥物使用。后被人工智能（AI）模型發(fā)現哈利辛具有針對多種細菌的抗生素特性。并由此得到正式命名。其名稱"Halicin"是根據《2001太空漫游》中虛構的人工智能系統(tǒng)哈爾而命名的。
《2001太空漫游》是一部經典的科幻電影，它在科幻電影史上的地位舉足輕重，被視為科幻電影的里程碑之一。這部電影以其創(chuàng)新的視覺效果、音樂和敘事手法而聞名，為未來的科幻電影設定了高標準。它展示了一個充滿神秘和驚奇的宇宙，讓觀眾對人類的未來和科技的發(fā)展產生了深刻的思考。它已經成為了全球科幻文化的一部分，并對未來的科幻電影和電視節(jié)目產生了深遠的影響。
▲它的具體的效果及前景如何？
在哈利辛剛剛被發(fā)現時，研究者使用計算機深度學習方法確定，哈利辛可能是一種廣譜抗生素。這一可能性經過體外細胞培養(yǎng)測試和小鼠體內實驗證實，顯示對一些耐藥菌株的活性，包括對艱難梭菌、鮑曼不動桿菌和結核分枝桿菌的作用。其作用機制涉及細菌細胞內鐵的隔離，從而干擾其調節(jié)細胞膜上pH平衡的能力。初步研究表明，哈利辛可能通過破壞細菌在細胞膜上維持電化學梯度的能力來殺滅細菌。這種作用機制與大多數抗生素不同，可能使細菌難以產生抗藥性?？偟膩碚f，哈利辛展示了作為抗生素的潛力，尤其是對于一些對常規(guī)藥物產生耐藥性的細菌。
圖2 2019-2020年的相關報道截圖
不過，這個新藥最早于2019年得到報道，但至今仍舊未推出新藥或有任何更新的消息，可能在后續(xù)的新藥研發(fā)中遇到了困難。初步懷疑有以下兩點原因：其一，在新藥研發(fā)中，臨床試驗結果不理想可能是由于初期試驗未能充分展現藥物的療效或安全性。這種情況下，研發(fā)團隊可能需要重新評估藥物的適用性，采取修改或優(yōu)化的措施。另一方面，安全性和毒性問題也是一個重要考量因素，新藥上市前需要通過嚴格的毒性和安全性評估。如果在研發(fā)過程中發(fā)現了不良的安全性問題或毒性反應，可能需要進行額外的研究和修改，以確保藥物對患者的安全性。
▲小結
綜上所述，機器在藥物研發(fā)方面有超強潛力，特別是處理復雜信息時。通過深度學習，機器能迅速找到規(guī)律，加速新藥發(fā)現。其次，人工智能主導的多學科合作很關鍵。計算機、生物和藥物專家組成超團隊，成功用人工智能研發(fā)新藥的關鍵。這種合作能克服傳統(tǒng)研發(fā)難題，提高效率。機器的成功也告訴我們數據至關重要。大數據和深度學習讓我們更準確了解藥物效應，更有針對性地設計藥物?？偟膩碚f，人工智能讓新藥研發(fā)更高效，為醫(yī)學領域帶來新奇的可能。隨著更強大的人工智能的加入，機器人發(fā)現全新藥物的未來即將照進現實。
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