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“人工智能”如何改变医药行业?提速新药研发是最靠谱的事儿

IQVIA艾昆纬  · 公众号  ·  · 2017-08-21 16:38

正文

从AlphaGo“人机大战”开始,人工智能(下简称AI)便成为时下最火的话题。除了下棋,AI还干了什么?医疗、教育、交通、制造业……如今,AI的应用已逐步渗透到人类生活的方方面面。尤其在医疗领域,AI有望带来革命性的改变。


目前,AI在与医疗医药有关的应用中,最热门的就是智能诊断,简单地说,就是开发人工智能机器人为患者看病,尽管一些研究机构发布了一些不错的数据,但是,由于伦理风险,其距离实际应用还有很漫长的距离。


而另一个应用前景就是提升新药研发效率。这一领域似乎看起来即将获得较大的发展,Exscientia、BenevolentAI、Atomwise、twoXAR等公司,都纷纷利用AI技术,希望通过人工智能替代人工的方式,提高新药研发的效率。


对于制药商来说,开发新药是一项漫长而且低效率的工作。数据显示,所有进入临床试验阶段的药物,只有不到12%的药品最终能够上市销售,而且一款新药的平均研发成本高达26亿美金。药物研发人员需要对各种不同的化合物以及化学物质进行测试,仅仅这个试验过程中的错误尝试就耗费了太多的时间和金钱。


显而易见,制药业对于各种有助于新药研发的好办法,都有强烈的需求。不论是提升化合物筛选的效率,或者提高临床试验的速度,还是提高患者招募进展之类的……


在质疑声中前进,AI能否筛选新靶点?

由于不断试错的成本太高,越来越多的药物开发厂商开始转向计算机和人工智能,希望利用这种技术来缩小潜在药物分子的范围,从而节省后续测试的时间和金钱。为了识别那些有很大潜力可以作为药物靶标的蛋白质的编码基因,这些厂商把希望寄托在了算法上。


目前,一些新的算法模型(包括近日发布在《Science Translational Medicine》上)增加了新层次的复杂性,这些算法可以缩小相关蛋白质、药物和临床数据的范围,以便更好地预测哪些基因最有可能让蛋白质和药物结合。


长期以来,从事医药研发者都对AI持怀疑态度,这也不意外,毕竟AI在逐渐抢占这些科研人员的饭碗,反对是理所当然的。尽管从业者极力反对,但是,AI与药企频频联手,正在打破这种成见。因为AI正直面医药研发的“痛处”——较高的临床失败率。


大多数情况下,药物研发工作者会利用高通量筛选的方式无限扩大筛选对象以期邂逅目标化合物,提高药物发现的机率。由于不断试错的成本太高,越来越多的药物研发企业开始引入人工智能开发虚拟筛选技术,以取代或增强传统的高通量筛选过程。


药物研发企业通过运用人工智能药物研发系统,能在医药研发过程中减少人力、时间、物力等投入,降低药品研发成本。同时基于疾病、用药等建立数据模型,预测药品研发过程中的安全性、有效性、副作用等。


随着人工智能和机器学习的不断整合,药物研发企业有望在新药研发过程中显著地实现“去风险”,保守估计每年将节约大概260亿美元的研发成本。同时,还将提高全球医疗信息领域的效率,节约的成本价值超过每年280亿美元。


相比之下,传统的医药研发模式耗时耗力,且成功率不高。据统计,目前进入临床I期的候选药物最终成功上市的概率只有10%,研发失败的药物中,约50%是因为缺乏疗效。缺乏疗效的可能原因是选择了错误的靶点,而AI或许有助于降低因缺乏疗效而导致药物研发失败的风险。


在药物研发领域,AI正从无人问津的边缘角落走向舞台的中央。也许,最有名气的药物发现机器当属IBM的Watson。


2016年11月,IBM与辉瑞达成协议,帮助后者开发肿瘤免疫类药物。Watson通过快速发掘、分析海量的文献数据、实验室数据、临床报告等来发现药物。目前,生物医药信息爆炸式增长,研究者需要一些能够自主学习的机器,以应对海量数据。


在英国,迅速崛起的独角兽创业公司BenevolentAI与杨森制药(强生子公司)达成独家授权协议,从强生那里获得小复方,并用人工智能开发候选药物,同时展开商业化探索。


BenevolentAI是人工智能新药研发领域的“当红炸子鸡”,成立于2013年,是一家致力于人工智能技术开发和应用的公司,是欧洲最大的AI初创公司,在全世界排名第五。这家公司建立了一种有望更快更好开发新药的人工智能技术,他们的目标是建立人们期盼已久的“制药企业2.0”,利用人工智能助力新药开发,避免代价高昂的临床试验失败。


BenevolentAI的核心技术是一个叫做JACS(Judgment Augmented Cognition System)的人工智能系统。通过人工智能把人、技术和生物学结合起来,集中处理全世界大量高度碎片化的信息,用以加速科学研究和发展。自2013年以来,BenevolentAI已经开发出24个候选药物,且已经有药物进入临床IIb期试验阶段。


一些业内人士分析,尽管遭到很多的质疑声,但是,人工智能及机器学习可以应用在药物开发的不同环节,包括新药开发、药物有效性及安全性预测、构建新型药物分子、筛选生物标志物、研究新型组合疗法等。从全球的情况来看,人工智能辅助药物研发的公司比例相对较高,在研发周期长、投入大、失败率高等为特点的药物研发现状影响下,产业发展的需求量大,可达到千亿级的市场。


一堆独角兽的价值如何兑现?

前文介绍的BenevolentAI只是人工智能领域的独角兽之一,在这一领域,还有很多公司在积极推动利用人工智能技术来开展新药研发。

 

成立于2012年的Atomwise是一家药物研发与人工智能结合领域的比较有代表性的初创公司,


核心技术:AtomNet,这是一种深度卷积神经网络,通过自主分析大量的药物靶点和小分子药物的结构特征,AtomNet可以学习小分子药物与靶点之间相互作用规律,并且根据学习到的规律预测小分子化合物的生物活性,从而加快药物研发进程。这家公司通过与IBM超级计算机合作,通过分析数据库,并用深度学习神经网络分析化合物的构效关系,于药物研发早期评估新药风险。


商业模式:为制药公司、创业公司和研究机构提供候选药物预测服务。


初步成果:早在2015年,这家公司宣布寻找埃博拉病毒治疗方案方面有一些进展,在为时一周的时间内,从已有的药物中找到两种或许能用来抗击埃博拉病毒的药物。公司成立以来,已经与斯坦福大学、Scripps研究所等著名科研机构合作开展了27个药物研发项目,与默沙东也有药物研发合作项目。


遗传流行病学家Aroon Hingorani指出现在新药研发成本过高的原因,“其中一个主要的原因是没能针对疾病选择正确的靶标。一种药物可能在细胞、组织、以及动物模型的早期实验中显示初步的前景,但是这些早期实验往往过于简单,很少用随机盲法实验进行对照。科学家们会使用这些结果来预测哪些蛋白质可以作为药物标靶,但是由于这些研究往往规模很小而且时间较短,因此有很多因素会造成误判。”相比之下,AI并不一定有好办法,但是AI可以用更低的成本来试错。


位于美国犹他州盐湖城的Recursion Pharmaceuticals正是基于这样的一个理念而建立的。


核心技术:这家公司利用机器学习、计算机视觉和机器人自动化领域的进展让计算机软件每周分析上百万张超高清晰度的细胞显微照片,希望为上百种罕见病寻找治疗方法。


独特之处:运用细胞的显微图像特征来进行药物筛选并不少见,但是Recursion的独特之处在于通过机器人自动化和人工智能的帮助,可以大规模地同时进行多个实验。现在Recursion的实验室每周可以进行3万个实验,Recursion的CEO Chris Gibson博士认为在不久的将来他们可以每周进行几十万个实验。


初步成果:虽然目前Recusion公司还没有任何产品上市,但是它的在研药物中有15种治疗罕见病的候选药物。其中治疗脑海绵状血管畸形 (cerebral cavernous malformation) 的候选药物即将进入临床试验。


对于新药研发这样失败率很高的行业,即使是很小的进步,也可能撬动数十亿美元的市场,更不用说那些那些可能因此被拯救的生命。但是,对于这一大批独角兽而言,除非通过AI系统发现的药物真正上市销售,否则这个行业的研发模式不会发生根本性的变革。

 

资料链接:

 

http://www.biodiscover.com/news/research/724891.html

http://www.sohu.com/a/161223038_797677

https://www.leiphone.com/news/201703/o3eBVT0E1O3T2NUY.html

http://www.cn-healthcare.com/articlewm/20170714/content-1015992.html

http://www.zyzhan.com/news/Detail/66468.html

http://www.zyzhan.com/news/detail/56576.html

http://www.biodiscover.com/news/research/653693.html