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  • 利用人工智能和重组技术促进通用疫苗的发展 | NewsMedical对话潘麓蓉博士和Amy Sheng博士

    本次采访中,NewsMedical与新一代生物技术创业公司圆壹智慧的创始人兼CEO潘麓蓉博士和义翘神州(Sino Biological)的技术客户经理Amy Sheng博士探讨了如何将人工智能(AI)与高通量生产和筛选相结合,以改善潜在通用疫苗的开发过程。 

    访问Sino Biological官网可收听本文podcast:

    https://www.sinobiological.com/activities/podcast/universal-vaccine-advancement

    也可点击下方收听:

    讨论的主题包括人工智能如何与蛋白质的高通量生产和筛选相结合,以加快候选通用疫苗的开发进程——这是一种预防和控制未来大流行病的理想方法,也是当今生物技术领域的主要研究挑战之一。 

    NewsMedical(NM):能分别介绍一下你们各自的背景和目前在圆壹智慧和Sino Biological的工作吗? 

    潘麓蓉博士(LP):我是人工智能药物发现平台圆壹智慧的创始人兼CEO。我拥有计算生物学的博士学位和专门研究人工智能的计算机科学背景。我在这个行业从事药物设计和使用不同的计算算法已经有14年了。我最初与Sino Biological合作是将其作为我们内部药物发现项目的细胞供应商之一。 

    Amy Sheng博士(AS):我是Sino Biological的技术客户经理。我的背景是细胞和分子生物学、抗体开发和生产。目前我负责Sino Biological美国的CRO项目。 

    NM:你能给通用疫苗下一个定义吗?为什么说研究它们很重要? 

    AS:通用疫苗是对不同病毒株具有广谱效应的疫苗。从SARS-CoV-2的案例中,我们经历并理解了病毒变异和免疫逃逸的速度有多快。因此,开发疫苗或治疗试剂以抵御可能出现的任何新变异病毒至关重要。 

    与传统疫苗相比,通用疫苗在保护弱势人群免受不同毒株甚至未来变种的侵害方面更有潜力。在SARS/COVID之前,流感一直是开发通用疫苗的目标。几十年来,开发生产范围更广的流感疫苗一直是一个目标。由于疫苗靶点和更高效的交付平台的最新发展,这一目标变得更易实现。 

    NM:与具有特定疾病实例的传统疫苗接种方法相比,通用疫苗还有哪些其他优势? 

    AS:对于流感,传统疫苗不能产生持续有效的免疫和交叉反应性免疫应答,从而中和各种流感病毒毒株。在不同年龄组和不同病毒株中,传统疫苗效力存在显著差异。毒株错配是疫苗失效的主要原因之一。我经常听到朋友们说疫苗没有作用。我曾经注射过流感疫苗,但我也被流感打趴下过一周。事实上,就在去年,H3N2流感的主要毒株发生的变异,使它不能通过已设计的疫苗有效地为弱势人群提供免疫力。 

    然而,通用疫苗有可能解决这个问题,并尽快提供更好的生产。除效力外,如果我们面临病毒迅速变异的情况,通用疫苗将降低疫苗研发、制造和储存的成本,这将极大地造福于特别易受流行病影响的低收入国家人口。 

    NM:你能解释一下通用疫苗如何起作用,以及它们如何对一系列疾病发挥免疫力的科学基础吗? 

    AS:通用疫苗的开发主要集中在病毒的不变部分或保守区域。然而,该区域可能被病毒不断变异的结构域所遮蔽,这种结构域称为免疫优势。换句话说,产生的通用疫苗可能具有较低的免疫应答。现在,研究人员正试图制造嵌合蛋白疫苗,以使保守区域更具免疫优势,免疫反应更广泛、更持久。 

    疫苗的包装方式也会极大地影响毒株和免疫应答的质量。例如,腺病毒可以被修饰并用于传递编码我们想要呈现的病毒抗原的DNA序列。这样做的好处是它们可以连续数周产生抗原,这可能有助于延长反应时间。 

    LP:疫苗有两种用途:预防和治疗。预防性意味着你提前用它,它提供一段时间的保护性。这些疫苗通常能产生B细胞免疫,在我们的免疫系统中具有更长的记忆并发挥作用。从目前科学的进步来看,我们已经观察到某些抗体或抗体鸡尾酒疗法可以针对多种病毒感染。如果我们能利用计算和实验手段找到一种通用抗原,最终的产品将成为一种通用预防性疫苗,生成一种长期保护性B细胞免疫的混合物。 

    我们免疫的另一部分是T细胞免疫,它通常会对我们身体的非选择性入侵者作出更明确和强烈的反应以清除它们。我们可以用一种治疗方法来控制T细胞的行为,当我们感染时刺激其功能,同时为不同类型的患者定制治疗方案。 

    一些患者的T细胞免疫功能受损,一些患者的过度兴奋T细胞免疫会导致炎症反应。如果我们能有一种调节剂来刺激我们的T细胞,使其能够保护我们,清除来自外界的任何入侵者或致病模块,同时又不伤害我们——这将产生长期保护性B细胞和T细胞免疫的组合。 

    NM:在寻找通用疫苗候选者方面有哪些挑战,人工智能技术如何帮助应对这些挑战? 

    LP:传统上,我们使用单个抗原物种产生抗体。例如,对于COVID,最初我们使用动物模型设计疫苗,以产生针对当前正在发生的毒株的抗体。当病毒变异时,我们必须在一个时间段内多次注射样本。我们不能用传统动物模型追赶变异速度的方法来开发通用疫苗。 

    计算技术在合作实验中可以有很大帮助,在这些实验中,我们几乎计算了从大流行开始到当前时间点的所有毒株,共计超过1000种不同的毒株。在几个小时内,可以生成对不同毒株有潜力的抗体。相反,我们也可以使用相同的算法来识别所有这些变异毒株中的共同点,以生成抗体来抵御未来的毒株。在使用该模型进行的抗体设计中,抗体也能够抵御未来的毒株。 

    病毒物种的进化特征中有一些模式,我们可以从中学习并能够预测这些物种未来的变异趋势。如果我们能够完全将病毒数字化,我们就可以构建一种算法来发现其进化模式,并找到一个共同的免疫遗传序列,为疫苗设计过程做出贡献。计算技术可以加速设计,甚至有助于发现未来生物学中的新现象。 

    NM:病毒种类繁多,如流感、SARS等。在疫苗开发过程中,你是否看到不同病毒之间有类似的进化模式? 

    LP:我们看到了病毒进化的共同模式:它们快速进化并与宿主一起进化。这是我们可以通过数字和计算来学习到的,并能用来分析、理解甚至预测其趋势。所有物种共通之处在于,每个组分都以一种数字化形式编码在RNA或DNA序列中。在这种情况下,这些进化模式是可计算的。 

    NM:在开发此类技术时,人工智能的引入,以及与像圆壹智慧这样的公司合作,是如何帮助并改变了Sino的工作流程? 

    AS:圆壹智慧是一个设计蛋白质和抗体的绝佳平台,它为产生理想的候选药物/疫苗提供了一个指南。圆壹智慧帮助我们更好地理解和预测产品将如何与蛋白质伙伴相互作用。 

    在生产方面,如果疫苗是蛋白形式的,所预测序列的生产可能具有挑战性。所需蛋白质应具有高稳定性、高产量和纯度,以供后期制造商和研发的其他方面使用。为了使这种蛋白质的生产标准化,我们必须进行大量的故障排除。 

    NM:能否谈谈你们是如何与圆壹智慧开始合作的,以及是如何将AI平台与你们的开发工作流程相结合以开发这些新的候选疫苗的? 

    AS:圆壹智慧是我们的客户之一,我们曾一起开发过许多重组抗体项目。由于我们为重组生产提供了各种平台,特别是备受认可的蛋白质生产和筛选,我们可以在短短四周的时间内生产多达1000个制成物。 

    与圆壹智慧一起,我们能够对一些基本信息——如产量、稳定性和纯度以及计算设计——提供快速解答。我们对病毒蛋白生产具有丰富的经验,也拥有世界上最大的病毒蛋白库。这些抗原可用于分析疫苗诱导的抗体反应。 

    NM:Dr. Pan, 你能谈谈将圆壹智慧的技术应用于Sino这一项目的技术过程吗?和圆壹智慧的其他项目相比,与Sino合作的情况如何? 

    LP:我们从合作COVID项目开始,发现许多客户不仅想产出蛋白药物,还想改善这些蛋白药物的特性。在过去,你必须尝试不同的变异体才能找到一个质量好的(抗体),这需要花费很多时间和成本。假设我们可以使用人工智能,将所有不必要的实验都列入一个名单。在这种情况下,我们可以使用我们的AI引擎来扩充所有高概率阳性物种,因此只需要进行非常有限的实验来节省时间。这将加快研发过程,对客户来说,则意味着花费在失败实验上的资金将减少该技术是一个很好的行业解决方案,如果我们同时将其和设计、生产能力结合起来,我们就能为更多客户和合作提供快速周转。这对我们双方来说也都是一个很好的商业模式。

     

    NM:通用疫苗能在世界各地普遍用于治疗需要多长时间实现,人工智能对此有多大影响? 

    LP:许多大学、商业实体和非营利组织正在研究通用疫苗。从科技准备就绪的角度来看,我认为我们正在逐步接近(这个结果)。我无法给出准确预测是未来五年还是十年,但我认为我们将在未来三年内看到良好的动物研究结果。大型人体试验则是另一回事,因为这将涉及一系列长期的安全性研究、更大的群体以及全球不同地区的合作。在接下来的五到十年里,我会希望看到一种能够在人体试验中得到验证的、能够覆盖大多数常见病原体的候选疫苗。 

    AS:我们最近看到针对SARS-COVID的疫苗开发是一个独特案例。通用疫苗开发或任何疫苗开发的正常过程都需要很长时间,特别是在政府最终批准之前,需要确保其具有良好的安全记录。我们希望能更快地实现这一目标,但最重要的是安全性和保持正轨。 

    (文中观点仅代表个人)

    关于Amy Sheng博士

    Amy Sheng博士是Sino Biological技术客户经理。Amy于2021年加入Sino Biological,支持其美国东部地区的CRO服务和项目管理。 

    在加入Sino Biological之前,她曾在Caprico Biotechnologies担任生产经理,负责流式细胞仪的抗体开发和生产。她拥有佐治亚理工大学分子和细胞生物学博士学位,是ASCP认证的分子生物学家和ASQ认证的CSSGB。 

    关于潘麓蓉博士

    潘麓蓉博士是圆壹智慧创始人兼CEO。圆壹智慧是由人工智能驱动的新一代生物技术初创公司。 

    潘博士利用结构生物学、计算化学和人工智能技术进行药物设计、精准医学研究的经验超过14年。她曾担任美国阿拉巴马大学伯明翰分校医学院结构生物学和计算生物学研究员,工程院交叉学科中心计算总监,全球健康药物研发中心(GHDDI,由比尔及梅琳达·盖茨基金会、清华大学和北京市政府共同创建的非营利机构)人工智能部门负责人、副主任研究员,领导设计和实现高性能人工智能药物研发计算平台和精准医学计算平台。 

    潘博士在美国阿拉巴马大学伯明翰分校获得化学博士学位,在佐治亚理工大学获得计算机科学硕士学位,在南京大学获得应用化学学士学位。她还是IBM认证的大数据架构师。 

  • 圆壹药闻 | 利用非靶点结构依赖的多目标AI药物发现平台,圆壹智慧积极探索CNS疾病创新疗法

    CNS药物研发的难点除了疾病生物学机制比较复杂、难以验证之外,大部分CNS的功能性靶点属于膜蛋白,病理性相关蛋白为天然无序蛋白。传统的生化实验很难有效纯化这些蛋白靶点和对其进行精确的、和生理环境相关的3D结构测量与建模。因此,传统的基于靶点的实验筛选和基于3D结构docking的计算化学方式对于此类靶点的药物设计无法有效展开

    圆壹智慧新一代AI药物设计计算平台可以不依赖靶点结构,有效设计具有靶向选择性的活性分子,对于CNS领域药物研发提供前所未有的解决方案。此平台实验验证率也显著高于传统计算和传统高通量筛选方法,比后者节省高达80%的时间和湿实验成本

    近日,卫材(Eisai)和渤健(Biogen)宣布其共同开发的阿尔兹海默病(AD)在研疗法lecanemab临床三期验证试验Clarity AD结果积极,达到主要终点,显著改善患者的CDR-SB评分,同时该试验达到所有关键性次要终点。试验结果显示,lecanemab能够对减缓阿尔茨海默早期阶段认知和功能的下滑。

    Lecanemab 是一种针对阿尔茨海默病 (AD) 的人源化单克隆抗体。Lecanemab 选择性地中和并消除可溶性、有毒的淀粉样蛋白-β (Aβ) 聚集体(原纤维)。这些聚集体被认为会引起 AD 中的神经退行。因此,lecanemab 可能对疾病病理学产生影响并减缓疾病的进展。

    AD其中一个被深入研究的病理学表征是大脑内存在淀粉样蛋白(Aβ)聚合体。Lecanemab即与可溶性Aβ聚合体(被认为是造成神经元损伤的主要聚合形态)结合,并促进它们的清除。但是Aβ作为治疗AD的靶点一直备受争议。Aβ在大脑内的沉积一般出现在临床症状之前15 – 20年,是AD的早期症状之一。而痴呆(认知衰退和心理变化)则是由大脑神经细胞受损死亡引起。根据受损的大脑区域不同,会对AD患者产生不同的影响并导致不同的症状。将Aβ脑内聚积和痴呆联系起来的则是Aβ级联假说。此假说认为,Aβ形成的寡聚体、聚集体和斑块会直接导致神经细胞受损死亡,也会激活大脑免疫系统,从而引发细胞因子的释放。过多的细胞因子也会损伤神经细胞。

    在过去的二十年中,很多药物都以减少 Aβ 产生、拮抗聚集或加强脑清除 Aβ 的能力为途径来降低 Aβ 单体、低聚物、聚集体和斑块水平。这些药物并未能在轻度至中度 AD 患者的大型临床试验中显示出临床益处。这一系列的失败使人们对流行的淀粉样蛋白级联假说产生怀疑。很多学者提出了 Aβ 积累是AD的一种附带现象,而不是神经细胞死亡的原因,从而也不会导致痴呆。但是坚持Aβ级联假说的学者认为,这些针对Aβ的药物在以前的临床实验中未见效用的原因是用药太晚。在有症状的患者中,不可逆的神经细胞损伤早有发生。

    阿尔兹海默病是老年人最常见的神经退行性疾病之一,属于中枢神经系统(CNS)疾病。据WHO统计,在全球超过5500万痴呆患者中,就有60-70%为AD患者(约3300-3850万)[i]。在美国,阿尔茨海默病(AD)是第6大导致死亡的疾病,在我国则是第5位,给居民和社会带来的经济负担日渐加重。据WHO 2021年统计,全球痴呆患者每年医疗总费用高达1.3万亿美元,预计2030年将达到2.8万亿美元。

    另据2020年一项全国性横断面研究显示,我国60岁及以上人群中有1507万例痴呆患者,其中AD患者983万例,占痴呆患者的65%[ii]。虽然AD主要影响老年人群,但并不是衰老的必然结果,社会对AD仍有普遍误解,改善对AD病患的认知还有很长的路要走,其治疗方式也始终难有大的突破。圆壹智慧AI平台将针对包括AD在内的神经退行性疾病开发新药

    精准调节小胶质细胞功能,治疗神经炎症和神经退行性变

    越来越多的证据表明,神经退行性疾病经常和免疫细胞和其相关通路异常失调有关。神经胶质细胞之于大脑相当于巨噬细胞之于周边器官。它们是中枢神经系统的先天免疫细胞,对维持大脑的稳态很重要。但是在过去的几十年里,神经胶质细胞以及入侵血脑屏障周边免疫细胞在CNS疾病/损伤中的角色一直备受争议。这些不确定是因为受限于当时的技术,涉及大脑稳态和疾病的免疫细胞类型和状态无法区分。

    最近,得益于single-cell sequencing(单细胞测序)技术的发展,科学家们发现了一种新的保护性神经胶质细胞亚型——疾病相关小胶质细胞(DAM),并破译了它们在阿尔茨海默病进展过程中的动态[iii]。在此项研究中,小鼠和人脑切片的染色显示DAM细胞内有吞噬的Aβ颗粒。这种独特的小胶质细胞类型有可能减缓神经退行性变,这可能对未来治疗 AD 和其他神经退行性疾病具有重要意义。如何使用靶向小胶质细胞特异性抑制检查点来诱导早期 DAM 激活,以及如何作为治疗(或预防)靶点来触发针对 AD 斑块病理学、衰老和其他神经退行性疾病的小胶质细胞反应,仍有待确定。

    总而言之,操纵小胶质细胞的功能可能成为新的治疗方法。全世界针对相关靶点的在研药物已处于临床前至临床II期的各个阶段。

    针对相关靶点,圆壹智慧的CarbonAITM引擎可进行分子设计及虚拟筛选19亿个化合物化学空间,高效完成ADME/Tox成药性和靶标特异性评估,计算分析化合物的效率比传统预测工具高1万倍。蛋白药物设计引擎SentinusAITM则利用数据驱动的Al技术,结合疾病生物学知识,对抗体和其他融合蛋白进行优化

    小分子抑制剂治疗中枢神经系统水肿

    每年,全世界有6千万人遭受创伤性大脑或脊髓损伤,1500万人遭受中风。这些损伤是中枢神经系统水肿的主要原因。中枢神经系统水肿的标准护理,如脑室引流和颅骨切除术,都是非常具有创伤性的。

    针对CNS水肿的所有药物干预在临床试验中都失败了,目前没有任何用于水通道蛋白(AQP)的通道阻断药物被批准用于人体。因此,圆壹智慧采取了一种不同的方法:靶向于AQP4亚细胞,一种星形胶质细胞中的水通道。通过体内抑制相关调节素或蛋白激酶可消除AQP4依赖性CNS水肿。

    目前有3个CaM拮抗剂处于临床前阶段。圆壹智慧将利用其人工智能平台来寻找针对相关受体的更好的小分子药物。

    小分子抑制剂治疗重度抑郁症(MDD)

    全球约有3.8%的人口(2.8亿)受抑郁症所困,成人中占5%,60岁以上人群中占5.7%。2008年,世界卫生组织将重度抑郁症(MDD)列为全球疾病负担的第三大原因,并预测到2030年将升至首位。

    据估计,2020年,美国2100万成年人至少有一次严重抑郁发作[iv],占所有成年人的8.4%(下图)。其中,18-25岁的人群发作率最高(占17.0%)。有1480万18岁以上的美国成年人在前一年(2019)中至少有过一次严重抑郁发作并伴有严重损害,占所有成年人的6.0%。

    同年,有410万12-17岁的青少年至少有一次严重抑郁发作,占该年龄层17.0%(下图)。有290万12-17岁青少年在前一年(2019)中至少有一次严重抑郁发作并伴有严重损害,占该年龄层12.0%。

    重度抑郁症与巨大的负担相关,而目前一代的单胺类抗抑郁药以及二代的SSRIs对大多数患者无效。最近,血清素(五羟色胺)和抑郁症之间的关联也受到了挑战。针对血清素研究领域并没有提供一致的证据证明血清素与抑郁症之间存在关联,也没有支持抑郁症是由血清素活性或浓度降低引起的假设。因此,我们需要重新考虑一些针对血清素的抗抑郁药。整个疾病领域需要新的治疗策略。

    作用于前额皮质(PFC)的一些膜受体是新型的调节因子,可以作为治疗慢性应激性MDD的潜在药物靶点。此类受体在抑郁症患者的PFC中高度上调;在暴露于慢性应激的小鼠PFC中具有高的表达水平;于病毒诱导PFC的抑郁样行为中亦表现出过表达。相比之下,此类蛋白的消融可导致显著的抗抑郁样表型和应激恢复能力。

    该靶点研究仍处于临床前阶段。作为First in class研究管线,圆壹智慧的人工智能平台将寻找这种受体的小分子抑制剂候选。

    圆壹智慧在自研管线方面以CNS为主要布局领域,通过AI平台引擎进行多组学靶点发现计算和非结构依赖药物分子设计,寻求减缓CNS(脑,脊髓和视神经)退化,促进神经再生和缓解神经系统炎症的精准治疗方法(包括AD等神经退行性疾病),对未满足的临床需求做出迅疾、精确和有效的反应

    Contributors: Dr. Xiaojie Wang, Dr. Yang Jiao, Dr. Lurong Pan, Cheng Zhu

    参考文献

    [i]https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dementia

    [ii] 任汝静等,《中国阿尔茨海默病报告2021》,诊断学理论与实践2021年第20卷第4期

    [iii]https://www.cell.com/fulltext/S0092-8674(17)30578-0#secsectitle0065

    [iv]https://www.nimh.nih.gov/health/statistics/major-depression

  • 不依赖蛋白结构,初创跨界AI制药团队突破单靶生物尺度,实现多尺度生物计算

    动脉网 原文链接

    2016年,AI制药开始在国内逐步发展,据动脉网统计,目前国内AI制药企业已发展至约80家。6年里,AI制药企业投资热度持续高涨,多家公司两轮融资时间间隔不超过一个月,甚至有公司在一年内完成3轮融资。据动脉橙数据库统计,2021年全年,国内AI制药领域融资总额达到127.4亿美元,占到全球融资总额的1/4。

    那么,在各式AI制药算法平台不断推陈出新的今天,AI制药企业与投资方更加关注的,是如何将制药管线快速变现的问题。

    近期,动脉新医药了解到,一家AI制药初创企业,圆壹智慧,首年就完成了约300万美金的签单,建立的10条管线其中半数已经进入体外实验阶段,另有两条正在进行体内试验,且已经完成一条管线的License-Out

    圆壹智慧是一家拥有快速、自主进化AI药物设计平台的新一代生物技术公司。自去年4月成立以来,圆壹智慧在国际AI制药领域中大展拳脚。目前,圆壹智慧的整体算法平台已经在亚马逊云上线,在美国、欧洲、中国的签约订单近300万美金,折合人民币2000万元

    01

    仅用序列一周完成计算筛选优化,实现多指标体内仿真优化

    圆壹智慧的交叉学科背景团队打造了CarbonAI小分子药物SentinusAI蛋白药物设计系统,能够在掌握生物靶点的序列信息后的几小时内,从数十亿生物分子和化合物中筛选出几十或几百个候选分子,绕过传统高通量筛选实验,减少体内体外实验迭代轮次,大大降低药物研发成本和风险,突破结构未知的靶点早期发现和后期优化瓶颈。

    ▲ 圆壹智慧AI算法系统整体流程简介

    圆壹智慧独创的AI算法体系无需获得靶点结构信息,仅通过其蛋白质序列即可开始第一轮的先导化合物/先导分子发现。其计算系统在过去已经完成了对百亿化学结构、几千万蛋白序列数据和几百万生化、细胞、体内数据的学习,具备了通过靶点序列来预测药物分子性质的能力,所以在该套算法体系中不再依赖通过蛋白质结构进行先导物发现和优化,突破单靶点计算生物尺度,实现多靶点、脱靶检测,细胞和体内生理层面的全局计算。同时,基于序列的直接计算能够将计算效率提高1×106~7倍,极大缩短了AI计算的时间,实现生物体系的高性能低碳计算。

    圆壹智慧的底层技术不仅在小分子尺度上实现更全面的体外和体内药效预测,还将计算尺度跨越到蛋白药物,基因和细胞治疗的生物大尺度,从根本上解决了蛋白相互作用和多体计算问题在传统结构生物学计算层面的瓶颈和算力不可及性。

    圆壹智慧创始人兼CEO潘麓蓉表示,圆壹智慧的技术与广为人知的AlphaFold具有底层相似性,圆壹智慧的差异在于不计算结构、也不基于结构,“工业界对结构在制药里面的应用实际上是比较存疑的,它并不是限速步骤,本身也是具有局限性的定性研究,而不能够真的利用它来进行精确定量计算“。

    圆壹智慧的视野并不局限在狭窄的靶向问题,而是宏观的整体成药问题,“绝大部分传统AI工具没有办法在有限算力内计算生物大分子之间在多种生物尺度上的作用力,而基于圆壹智慧的AI底层技术,平台可以拓展应用到蛋白药物、偶联药物、细胞和基因治疗以及合成生物学等更广泛的层面。”潘麓蓉解释。

    CarbonAI小分子设计引擎和SentinusAI蛋白设计引擎能够从上亿分子中找到通过多维度优化的小于50个的先导化合物,在10-100个分子内可以找到一个临床前候选化合物(PCC),计算时间仅为几小时

    CarbonAI是用于多目标药理学优化的小分子和PROTAC从头设计引擎。功能包括靶点结合和选择性优化、分子生成、ADME和PK评估以及化合物脱靶预测。

    SentinusAI是仅基于序列进行蛋白药物从头设计与优化的抗体和融合蛋白工程引擎。功能包括蛋白-蛋白亲和力改造、蛋白药物人源化、蛋白药物脱靶毒性预测、蛋白质稳定性和翻译后修饰预测。

    由此可见,圆壹智慧既具备序列设计的生成引擎,同时也拥有提升蛋白质亲和力、预估脱靶性和蛋白质人源化的能力,并且通过高度自动化与智能化的AI替代传统的大通量筛选实验和预测体内药性,给中小型药企或大型药企中预算较低的项目带来更多项目推进的可能性。

    目前,圆壹智慧通过“建立在蛋白质生化性质上的全自动化的AI计算”,能够在前20分子的筛选结果中保证约10%的命中率,前50-100分子的筛选结果中保证约40%的命中率

    02

    跨界人才创新:Prepared for This Moment

    除了“AI计算”与“药物研发”本身存在极高的技术壁垒外,对于企业来说,如何找到计算机型人才与生物化学型人才的平衡点,也是目前提升核心技术、实现科研效率的重要问题。在人工智能与生物医药领域同时拥有丰富经验的复合型人才,已然成为各大AI药企争相挖掘的热门。

    圆壹智慧作为一家初创公司,能在短时间内取得目前的成绩,和其交叉学科背景的核心团队息息相关。

    圆壹智慧创始人兼CEO潘麓蓉博士具有计算化学、结构生物学、人工智能等多重教育和工业背景,从纯物理学的过程模拟到机器学习的方法论,她在过去逾14年里对计算技术用于生物学研究和药物设计进行了开发与应用,覆盖神经退行性疾病、心血管疾病、癌症、罕见病以及传染病。与此同时,在新冠疫情的推动下,全球数据开源量以及计算生物学的发展有了巨大进步。回顾在AI制药从学术到产业的积累与沉淀后,潘麓蓉认为自己“Prepared for This Moment”,2021年4月,圆壹智慧就此诞生。

    “人工智能与生物医药两个领域拥有不同的方法论与知识体系,”潘麓蓉告诉动脉新医药,“如果想要将AI用在生物医药如此庞大的生物体系中,只有在双边领域都拥有理论基础与实践经验的人才,才更有可能实现创新发明。这样的人才培养体系是在过去10年,在全球为数不多的高校和研究机构内才开始建立起来的。

    这一理念被完全贯彻至圆壹智慧的团队搭建中。目前,圆壹智慧在中美两地同时搭建具有国际化标准与视野的创新团队,核心成员毕业于佐治亚理工大学、密西根大学、南加州大学、哥伦比亚大学等世界名校,拥有化学、药理学、生物学及AI药物发现等复合学科背景,其中研发团队硕士以上学历超过70%,博士占比一半。其团队拥有丰富的产业经验,且具有AI+药物研发干湿闭环验证成功经验。

    03

    管线实现License-Out,订单300万美金

    圆壹智慧成立15个月以来,其AI算法平台已在亚马逊云上线,全球签约订单近300万美金,发表人工智能专利10余项,药物分子专利三项,累计开发管线10条,主要覆盖癌症、代谢与神经类疾病。

    这样可观的管线进度与业绩成果,也侧面突出了圆壹智慧全自动化AI计算的高效率性,以及其跨界人才在企业发展中体现出的高协作性,这一点在行业中是较难复制的。

    未来,圆壹智慧将以三年为一时间节点,制定相应的发展规划。在第一个三年,圆壹将继续开发临床前阶段的AI计算平台,迭代自己计算技术与生命科学在理论和实践上的闭环,推进更多的全球合作研发,开发更多样的PCC递交IND申报。在第二个三年圆壹将加速国际化合作进程,让AI技术在新药研发中实现更多的应用场景、以及多种分子形态的精准设计,推动系统性的效率和成功率的提高。在积累足够的临床前准确率后,逐步向临床阶段迈进。

    圆壹智慧致力于成为国际领先的智能药企。作为为数不多通过生物学计算实现临床前闭环的数据驱动公司,潘麓蓉希望能够通过提升圆壹智慧的AI平台,形成与行业内的良性互动,培养更多的交叉学科人才,激活计算科学与生命科学融合的更多可能性,让AI技术在新药研发中实现更多的应用场景、打造更强的技术成果, 提升AI技术在生物医药行业的接受程度和标准化进程,推动更多临床问题的解决和生命科学的新发现

  • 如何培养AI的纯真意志? | PharmaFeatures对话潘麓蓉博士

    采访/撰文 Nick Zoukas(PharmaFeatures主编)

    (本文为中英双语对照)

    Lurong Pan is the founder and Chief Executive Officer of Ainnocence, a firm seeking to accelerate drug discovery efforts through comprehensive AI models. We caught up with Lurong Pan during our Medicinal Chemistry Strategy Meeting in Boston, 2022 where we explored her motivations in the industry, and the impact of Artificial Intelligence (AI) in the drug discovery space 

    潘麓蓉博士是圆壹智慧创始人兼CEO,该公司致力于通过全面的AI模型加速药物发现。2022年5月,我们在波士顿举行的药物化学战略会议上与潘麓蓉会面,探讨了她在该行业的动因,以及人工智能(AI)在药物发现领域的深远影响。

    PF(PharmaFeatures): It’s a pleasure to have you here with us, Lurong. You have had an interesting journey in the life sciences world so far, leading up to your founding of Ainnocence. Would you like to tell us a bit more about yourself, your personal background and what motivates and drives you? 

    LP(Lurong Pan): Of course. I would say my journey began with my undergraduate degree in Applied Chemistry. Afterwards, I developed my interest in the field further while doing my PhD in Chemistry specializing in Computational Chemistry, which led to my further academic endeavors through my post-doc in Structural Biology, while studying for a master’s degree in Artificial Intelligence. What I would say has been the common driver through my ten year long academic career is the desire to try and find the best way to leverage computational methods to predict biological events – such as molecular properties, how interactions between different molecules play out, and others, particularly with regards to disease pathophysiologies.

    PF(PharmaFeatures):潘博士,很高兴你能来到这里。到目前为止,你在生命科学领域经历了一段有趣的旅程,并最终创立了圆壹智慧。可以多谈一点关于你的个人背景,以及是什么激励和驱动着你吗?

    LP(Lurong Pan):当然。我认为我的旅程始于我的应用化学本科学位。后来,我在攻读计算化学的化学博士学位时,进一步发展了对该领域的兴趣,继而通过结构生物学的博士后阶段,同时攻读人工智能硕士学位,进一步进行了学术努力。我想说的是,在我十多年的学术生涯中,一个持续的驱动因素是,我希望找到利用计算方法来预测生物事件的最佳方法,例如分子性质、不同分子之间如何相互作用等等,特别是在疾病的病理生理学方面。

    PF:How would you say these experiences shaped you and your approach to modern bioinformatics?

    LP: Among all the available computational methods I came across during my time in academia, I kept noticing countless limitations – which kept pushing me forward to look for the next best solution. I moved from approaches such as molecular mechanics docking, molecular dynamics and quantum mechanics to more informatics-based, machine-learning based matters to finetune predictions down to a microscale level of biological properties. But it is also crucial to integrate all these methods, and the properties they predict, to produce a comprehensive predictive platform. This would enable estimations for valuable applications, such as the behavior of drugs in different layers of biology. My academic experience engendered me with the background to ask these questions – my experience of integrating data, which is often a big bottleneck, in industry provided me with the tools to start answering those questions. 

    PF:你认为这些经历如何塑造了你和你的现代生物信息学方法?

    LP:在我在学术界期间遇到的所有可用计算方法中,我一直注意到无数的局限性,这促使我不断寻找下一个最佳解决方案。我从分子力学对接、分子动力学和量子力学等方法转向更基于信息学和机器学习的问题,将预测微调到生物特性的多尺度水平。但是,整合所有这些方法及其预测的特性,以生成一个全面的预测平台,也是至关重要的。这将有助于估测有价值的应用,例如药物在不同生物层面中的反应。我的学术经验为我提供了提出这些问题的背景,而我在行业中整合数据(这通常是一个很大的瓶颈)的经验,则为我提供了开始回答这些问题的工具。

    PF: And how would you say you went about answering these questions – any formative questions you could recall with using this expertise? 

    LP: I would say one of my most formative experiences was when I joined a group of scientists to build the Global Health Drug Discovery Institute, a non-profit institute founded by the Bill & Melinda Gates Foundation, Tsinghua University and the Beijing Municipal government, aiming to leverage Chinese expertise to solve global health problems. We built our very own team of computational AI scientists, creating a platform to provide a holistic, open-source, free AI platform for drug discovery to support projects working on problems such as malaria, and other diseases causing unnecessary burdens in the poorest parts of the world. We also provided our expertise and data for COVID study, being one of the first groups to release COVID-related AI models and technologies – regardless of whether it would lead to publication or not; a lot of our work was actually published on GitHub!

    PF:那么你是如何用这些专业知识来回答这些问题的呢?你能回想到哪些具有重大意义的问题吗?

    LP:我想说,对我最有影响的经历之一是加入一个科学家小组并共同打造了全球健康药物研发中心(GHDDI),这是一个由比尔和梅琳达·盖茨基金会、清华大学和北京市政府联合发起成立的非营利性新药研发机构,旨在利用国内的专业知识解决全球健康问题。我们建立了自己的AI科学家团队,创建了一个全面、开源、免费的药物发现AI平台,以支持解决在世界最贫困地区造成不必要负担的疾病问题,如疟疾等等。我们还为新型冠状病毒研究提供了专业知识和数据,是首批发布新型冠状病毒相关AI模型和技术的团队之一,不管其成果最终是否会发表。事实上,我们的很多工作成果最终都发表在GitHub上!

    PF: Is that one of the main reasons you then went on to found Ainnocence? 

    LP: Yes, subsequent to these experiences, I felt truly equipped to build a truly comprehensive data-driven AI model. We think that leveraging AI and big data is a new way of doing research, on a global, much more collaborative scale. We named it Ainnocence to hint at the ethical dilemmas presented by Artificial Intelligence. Our view and belief is that AI need not raise ethical concerns when constructed and managed appropriately, hence the innocence. We focused on creating a self-evolving, high throughput system, but with low energy consumption and high portability through the cloud. Our aim is to translate our lived and accumulated experiences into successes for many people seeking to produce life-extending and life-saving therapies, accelerating pipeline development while reducing costs. 

    PF:这是你后来创立圆壹智慧的主要缘由之一吗?

    LP:是的,在这些经历之后,我觉得自己真正具备了构建一个全面的数据驱动AI模型的能力。我们认为,在全球性、更具协作性的尺度上,利用AI和大数据是一种新的研究方式。我们将公司英文名命名为Ainnocence,这个我们自创的词中暗含AI可能带来的伦理困境问题。我们的观点和信念是,AI在恰当的构建和管理之下,无需引发伦理上的忧惧,因此它也是纯真(innocence)的。我们专注于创建一个自主进化的、高通量的系统,在云平台上具有低能耗性和无限可扩展性。我们的目标是将我们过往积累的经验,成功地运用在延长和挽救生命的疗法中,加快管线开发效率,同时降低成本

    PF: What would you say is the unique brand of Ainnocence – with regards to values, and perhaps the impact you seek to have on the world? 

    LP: I have always held a deep appreciation for the medical practice in general – perhaps because I come from a family of doctors to begin with. I think that decreasing the global burden of disease is a noble goal, and one of the most direct routes towards having an indubitably positive impact on society. And I am not merely referring to easily preventable disease – although it is a tragedy that we live in a world where such conditions claim so many lives and years. I am also referring to mental disease, which has long suffered from a lack of formal investigation. We have seen how collaboration can bring about rapid change, particularly with collaboration. And that is the goal we seek to achieve with Ainnocence: leveraging our own expertise in bioinformatics to translate it to improved health outcomes. 

    PF:就价值观或者你想对世界产生的影响而言,你认为圆壹智慧的独特品质是什么?

    LP:总的来说,我一直对医疗工作怀有深切的欣赏,这可能和我来自医生家庭有关。我认为,减轻全球疾病困扰是一个崇高的目标,毫无疑问,它也是对社会产生积极影响的最直接途径之一。我指的不仅仅是容易预防的疾病——尽管在我们生活的世界里,这些疾病也夺走了相当多的生命,这无疑是悲剧。我也指长期以来缺乏正式研究的精神疾病。我们已经看到协作可以带来快速变化,而且尤其是协作本身。这也是我们希望通过圆壹智慧实现的目标——将我们在生物信息学方面的专业知识,转化为促进健康的结果

    PF: You spoke at length about collaboration – but how do we balance collaboration with competition, so that the two can coexist? 

    LP: That is a good, and open question, I would say. I do not think the industry has yet reached a point where we can say we are at an ideal equilibrium of collaboration with competition – but they can definitely coexist, when balanced appropriately. AI, for example, is mostly algorithms and mathematic formulae: it is easy for it to be open. But anything data-related raises many more questions regarding collaboration: data ownership, data security, data usage. Data is an asset, and it must not only be balanced by market concerns, but also through regulatory, privacy and ethical concerns. But high quality data can also lead to significantly improved AI models, and I think that is where collaboration should truly come in. Bringing different data owners together, to construct more powerful AI models that everyone can benefit from – without compromising a single party’s data. To reach a point where that happens regularly however, we need to overcome many challenges, such as data fragmentation, industrial and academic siloes. Doing so will require work from an industry-wide scale, but I think it is the best option for the future of healthcare and pharma. 

    PF:你经常谈到“合作”。但是我们如何平衡合作与竞争,使两者能够共存?

    LP:我想说,这是一个很好的开放性问题。我认为这个行业还没有达到一个合作与竞争的理想平衡点——但如果恰当平衡,它们肯定可以共存。AI主要是算法和数学方案:它很容易开放。但任何与数据相关的东西都会引发更多关于协作的问题:数据所有权、数据安全性和数据使用。数据是一种资产,它不仅需要通过市场来平衡,还必须通过监管、隐私和伦理相关来平衡。但高质量的数据可以显著改进AI模型,我认为这才是真正需要协作的地方——将不同的数据所有者聚集在一起,构建更强大的AI模型,使得每个人都可以从中受益,而不损害任何一方的利益。然而,要达到让这种情况经常发生的程度,我们需要克服许多挑战,例如数据碎片化、工业和学术孤岛。这样做需要在整个行业层面上开展工作,但我认为这是医疗保健和制药行业未来的最佳选择。

    PF: You also spoke about the capacity for AI to be innocent, as you put it or perhaps a bit more malevolent. But, do you think we’re quite there yet? Where AI is actually an artificial intelligence that can make its own decisions and bring good or harm to the world?

    LP: I do think we could be there if we wanted; whether AI can have decision-making impact is a function of whether we have delegated such capabilities to it. Obviously, I do not think society has reached a consensus on whether we want to do that yet – and there should be a strong regulatory framework and consensus before we do so. Currently, it is most often employed as a sort of “optimizer”. In this application, AI acts more like an intelligent agent optimizing and reiterating its own self to achieve the goals it was tasked with. In this sense, I do not think that AI can be malevolent; but there can be malevolent goals. AI can definitely be more efficient than humans in a multitude of applications, but maintaining a human involved in processes which can impact decision-making should remain a necessity for the time being. 

    PF:你谈到了——用你的话来说,AI的“纯真”,那么它也可能具有恶意。但是,你认为我们已经到达AI可以自己做出决定,给世界带来好处或坏处的这样一个阶段了吗?

    LP:我确实认为,如果我们想的话,我们是可以让AI做到的。AI是否能够产生决策影响,取决于我们是否已将此类能力委托给它。显然,我认为社会还没有就我们是否要这样做达成共识——这样做的前提是要有一个强有力的监管框架和普遍共识。目前,AI则最常被用作一种“优化器”。在应用中,AI的作用更像是一个智能代理,优化、迭代自身,以实现其被(人类)给予的任务目标。在这个层面上,我不认为AI会具有恶意,但有可能会被灌输恶意的目标。在许多应用中,AI肯定比人类更高效,但目前仍有必要让人类参与到可能影响决策的过程中

    PF:We saw something similar in multiple papers exploring bias in clinical studies or lack of diversity. And many people are afraid that if we introduce our own biases to models, the models might amplify them, right?

    LP:Absolutely. In most implementations, AI currently acts as an accelerator rather than having its own judgment. If bias is introduced to the system, it will likely amplify it. This is why I think it is crucial to be very considerate with how our data is constructed, and how our own models are trained – because this can lead to a butterfly effect of sorts, where originally small problems are later magnified.

    PF:我们在多篇探讨临床研究中的偏倚或缺乏多样性的论文中看到了类似的情况。许多人担心,如果我们将自己的偏倚引入模型,模型可能会放大这些偏倚,是这样的吗?

    LP:肯定的。AI目前在大多数实践中充当加速器,而不是有自己的判断。如果在系统中引入偏倚,它可能会放大这些偏倚。这就是为什么我认为——非常仔细而审慎地考虑我们的数据是如何构建,以及我们自己的模型是如何训练——是至关重要的,因为这可能会导致最初的小问题后来被放大,形成某种蝴蝶效应。

    PF: Are there any more specific applications of AI that you will be excited to see over the coming years? 

    LP: Quite a few. I think, for example, in biologic drug discovery, AI can analyse more complicated and heterogeneous datasets, through multiomics and better data integration – particularly for phenotypic drug discovery approaches. Obviously, a lot of other areas beyond that are being touched upon by AI – like diagnostics. I feel that AI will make its way to a majority of industrial spaces, at least in the beginning – before it settles on high-impact, cost-effective niches. I solidly believe drug discovery will be one of those, if only because of the sheer complexity of the process and predictive mechanisms needed. 

    PF:在未来的几年里,你会很高兴看到AI有什么更具体的应用吗?

    LP:很多。我认为,例如,在生物药发现中,AI可以通过多组学和更好的数据集成来分析更复杂和异构的数据集,尤其是对于表型药物发现方法。显然,除此之外的许多其他领域,如诊断,也正在被AI所触及。我觉得AI将进入大多数工业领域,至少在一开始是这样的——最终它会达成高影响力、高效益的目标。我坚信药物研发将是其中一个领域,因为其过程的超高复杂性和对机制预测的迫切需求。

    Nick Zoukas - PharmaFeatures主编

    毕业于牛津大学生物科学专业,在医疗保健、政策和病毒基因组学以及其他领域拥有丰富的经验和兴趣。他也十分关注生命科学领域的最新趋势,如AI药物研发。

    潘麓蓉博士 – 圆壹智慧创始人兼CEO

    在疾病生物学研究和药物研发领域的计算技术开发与应用方面拥有超过14年的经验,疾病领域涵盖神经退化性疾病、心血管疾病、癌症、罕见病和传染病。曾担任美国阿拉巴马大学伯明翰分校医学院研究员,工程院交叉学科中心计算总监,全球健康药物研发中心(GHDDI)人工智能部门负责人、副主任研究员。

    原文链接:

    https://pharmafeatures.com/int-lurong-ainnocence/

  • 圆壹药闻 | 圆壹智慧全球启动自主进化的多目标AI药物发现平台

    圆壹智慧的深度生命科学知识和先进的计算技术,可以帮助希望开发临床前候选药物的生物技术公司和制药公司加速小分子、抗体和其他复杂治疗方式的设计。

    2022年6月13日,圆壹智慧于美国加利福尼亚州圣地亚哥2022 BIO国际大会(BIO International Convention, 4001号展位)正式全球启动。

    BIO国际大会是全球最大的生物技术行业大会,在世界各地举办业界领先的投资者和合作会议。此国际大会由生物技术创新协会(Biotechnology Innovation Organization)主办,该组织代表了美国和其他30多个国家的一千余家生物技术公司、学术机构、国家生物技术中心和相关组织。其成员横跨创新医疗保健、农业、工业和环境生物技术等行业,成员类型包括新兴初创公司和全球500强大型跨国企业。 

    圆壹智慧是一家国际性生物技术初创公司,其使命是利用快速、自主进化的AI药物设计平台加速药物发现。它由具有交叉学科背景的生物医学科学家和计算科学家创立而成,所提供的小分子和大分子设计系统能够大大降低药物研发成本和风险,使行业离治愈一些人类最棘手的疾病更近一步。

    “我们希望为生物技术和制药公司提供路径,以解决迄今为止由于惊人的开发成本和低投资回报率而难以实现的治疗问题。药物开发团队从未拥有如此强大的系统来为其提供服务。

    如果一个科学团队向我们提供其生物靶点的序列信息,我们就可以在几小时内从数十亿生物大分子和化合物中筛选出几十或几百个候选分子,在诸多情况下完全绕过传统高通量筛选实验。”

    ——圆壹智慧创始人兼CEO潘麓蓉博士

    圆壹智慧宣布推出两项服务,它们可以在数小时内自动生成高度优化的类药物分子,以应对一些最复杂的药物发现的挑战:

    SentinusAI™ 

    仅基于序列进行抗体从头设计和优化的抗体和融合蛋白工程引擎。功能包括蛋白质-蛋白质结合亲和力成熟、蛋白质人源化、蛋白质脱靶毒性预测、蛋白质稳定性和翻译后修饰预测。

    CarbonAI™

    用于多目标药理学优化的小分子和PROTAC从头设计引擎。功能包括靶点结合和选择性优化、分子生成、ADME和PK评估以及化合物脱靶预测。

    圆壹智慧提供一系列小分子、生物制剂和其他新形式的药物设计服务和管线合作。这些服务由InnocentAI™提供支持——一个在AWS上运行、自主发展的AI云平台,支持多个药物设计AI模块,具有无限可扩展性。凭借其固有的自主学习能力,该计算平台的准确性会通过自动更新的数据集成和算法优化引擎不断提高。

  • 圆壹药闻 | 潘麓蓉博士出席2022德锐特-赛默飞新药沙龙,细谈冷冻电镜、计算化学、人工智能给药物研发带来的机遇和挑战

    由德锐特SingleParticle主办,赛默飞、BioBAY、晶云药物、新药创始人俱乐部协办的“结构与计算驱动的新药研发”2022德锐特-赛默飞冷冻电镜沙龙(苏州站)于1月12日顺利召开,来自药明康德、信达生物、佰翱得生物、倍勘生物、圆壹智慧等药物研发企业的专家学者,以及红杉资本、华平投资等风投职业人齐聚一堂。此次活动还受到南京大学、苏州大学、西交利物浦等高校的关注。

    圆壹智慧创始人兼CEO潘麓蓉博士应邀出席该活动,期间针对AIDD和CADD的发展前景问题提出看法。会议圆桌讨论中,潘麓蓉博士从计算药物设计科技发展史的角度出发,分别阐述了AIDD与CADD之间技术内核的传承和方法论的区别,以及计算精准度和计算效率方面的比对,分享了AI为药物发现带来的各方面的机遇和突破点,以及作为新兴AI制药企业在生物制药领域的技术路线和产业布局。


    实录如下:

    梅晔博士:您如何看待新兴的AIDD和CADD之间的关系?AIDD它的优势在哪里?您认为AI能为我们的药物研发能带来哪些方面的突破?您的公司的在AI方面的布局如何?

    潘麓蓉博士:首先CADD的基础方法论是物理学,从微观上用量子物理模型对小型分子体系高精度的计算,一直到基于经典物理的模型比如分子动力学对大型分子体系的低精度计算,是过去几十年制药和科研领域常用的方法论。

    另一方面,人工智能这个领域其实是非常大的。但是如果我们关注于数据驱动 (data driven)的深度学习(deep learning)方法,也就是今天 AIDD主要用到的一个方法论的话,它又是一个非常简单和通用的方法。只要我们在现实世界当中找到在某一个维度足够多的数据,它就能够用统一的数学方法拟合出对于现实世界的测量的一个预测。所以基本上它对于传统的不同学科的理论公式是一种冲击,但是与此同时又解决了传统CADD在生命科学大尺度计算在经典计算机逼近摩尔极限后算力不可扩展的问题。它用数据置换了冗余的算力消耗,所以它在一定程度上可以把过去的这种大计算复杂度在十的3-7次方的计算问题压缩到一个训练好的AI模型之后,就简化为一个计算复杂度接近线性的预测过程。AI模型可以将我们的经验和数据浓缩在这样的信息富集的黑盒(black box)中,能够很快地预测目标性质。随着训练数据的逐步增加,不仅仅在节省很大部分算力的情况下,它的精度已经逐渐地和传统的物理学方法逼近,在宏观大尺度问题上甚至有了超越。

    回到具体的制药的问题,对于大分子和小分子的药物设计,其实用到的方法还不太一样。

    就小分子而言,大部分传统的CADD的方法论其实发展得比较成熟,就像刚才柳博士介绍的,我们通过基于经典力学的分子对接(docking)方法来解决蛋白质跟小分子之间的作用关系。这种方法在发展过程当中,传统的分子对接的评分函数(scoring function)计算起来非常费算力,而且需要增强采样(enhanced sampling)的方法才能逼近更好的精准度。所以后来一系列的学术和商业机构开发出基于蛋白质靶点与小分子共晶体结构数据和生物化学数据学习出来的统计势能(statistical potential)和基于机器学习的这类评分函数,能够减少算力消耗并增大准确度,但是仍然要引入基于物理的分子对接过程和沿袭其底层误差。而纯粹的AIDD的方法论,基本上就完全不考虑这两个分子在物理原子层面具体到底是怎么样结合的,直接通过深度学习模型拟合分子结构信息和生物化学实验数据预测他们的相互作用。CADD到AIDD过去几十年的发展和演化路线大抵如此,我们圆壹智慧的技术创新主要集中在AIDD的方法路线上。

    对于大分子也是同样的一个过程。过去大家其实不管是在结构生物学还是传统的分子动力学都做出了非常多的努力。我博士生时期参与过很多蛋白-蛋白相互作用 (protein-protein interaction)的计算生物物理学基础研究,动用过百万核时(core-hours)的美国国家算力资源。即便穷极算力,和真实的生物化学与结构生物学实验的测量比较,还是有一定的差距,而且我们也很难真的穷举所有的搜索空间(search space)去寻找两个蛋白质之间的潜在作用点。所以在后来的研究生涯中,我们也逐渐开发了一些基于蛋白质序列的算法模型,直接用两个蛋白质的序列,对各类生物化学实验数据进行拟合。最终发现AI不仅仅可以从结构还可以从序列学习到不同类型的特征(feature),实现蛋白之间相互作用或者蛋白质自身的一些性质的预测。

    与此同时,AlphaFold这个历史性的事件从本质上也说明了数据大到一定程度之后,就能够基于序列,用纯深度学习的模型预测蛋白质某一个维度的特点, 结构信息也只是其中一个维度。过去十几年CASP打比赛基本上都是用传统 CADD的方法来做模拟和优化,但最终AlphaFold打破了这个局面。虽然它不是说对每一种蛋白预测都很有效,但因为它有个泛化能力的体现,也就说明了实际上数据大到一定程度,数据模型是可以取代物理模型的。

    所以我认为我们今天讨论的这三种技术 —— 1、冷冻电镜是对于客观世界的高精度的观测,2、CADD基于物理学的不同精度的计算,一直到3、数据驱动的深度学习的模型 —— 这三种方法其实都是非常重要和实用的。

    我认为我们应该思考如何才能在制药的过程当中在同等资源下(包括人力,设备,算力、实验的预算等)、在不同的阶段都能够恰如其分的使用每一种技术,最大化其产出,这样才能最终对新药研发的投入产出比带来更好的优化。

    梅晔博士:您刚才反复提到一个数据驱动(data driven)的问题。在这个领域里面,其实在各个环节上,特别是AI,都在发力。那么您认为哪几个环节的data已经足够了,而哪些环节data不够?对这些data不够的环节,您认为我们有什么办法去产生data?

    潘麓蓉博士:这个问题也非常好。

    首先,数据永远都是不完美的。比如说结构生物学的数据,在蛋白质数据库(protein databank)里面的结构信息其实都是不完整的数据。这种不完整不仅仅体现在单个蛋白质结构的不完整,也体现在蛋白质组的不完整,很多的蛋白家族并没有数据和或者完整可靠的数据。但是基于不完整的数据, 只要全部数据隐含的信息足够充分,我们也能够建立一个可用的模型(比如AlphaFold)实现对于一些未知蛋白结构从头预测的能力,和对于已知不完整结构的补全预测能力。与此同时我们需要基于不同的科学假设和方法论,去清洗和整合不同的数据集,才能拿到全部的信息。所以很多时候我们可以用一些多源头多维度数据整合,和通过高级算法实现数据增强,这些都是数据驱动的方法学里面的比较核心的环节。

    此次沙龙探讨行业最前沿议题,专注于冷冻电镜技术在新药科研领域最新应用成果的交流与分享,旨在以通过理论计算、分子模拟和科学数据驱动的AI技术来推动和变革传统的新药研发和创新模式。

    圆壹智慧创始团队由来自海内外拥有人工智能、计算化学、药学、生命科学、转化医学、生物医学工程等多重科研和工业背景的顶尖科学家和工程师组成, 毕业于哥伦比亚大学,佐治亚理工大学、密歇根大学、南加州大学,莱斯大学,华盛顿大学,伦敦大学学院等世界名校,核心团队具备丰富的人工智能技术平台开发工程经验,药物研发实践经验和商业创新能力。
    
    创始人&CEO潘麓蓉博士在疾病生物学研究和药物研发领域的计算技术开发与应用方面拥有超过14年的经验,疾病领域涵盖神经退化性疾病、心血管疾病、癌症、罕见病和传染病。曾担任美国阿拉巴马大学伯明翰分校医学院研究员,工程院交叉学科中心计算总监;全球健康药物研发中心(GHDDI)AI部门负责人,副主任研究员。