中國藥谷”依托人工智能創新研發——北京大興科技賦能生物醫藥產業邁向高端

中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所外景。（資料圖片）

　　用時10年、耗資10億美元，是新藥研發領域公認的“雙十定律”。隨著新技術不斷涌現，生物醫藥企業不斷借力人工智能的新質力量，嘗試打破這一“定律”。如今，有“中國藥谷”之稱的北京中關村科技園區大興生物醫藥產業基地，正在打造“人工智能+”的醫藥創新生態，通過提高成功率、精準度，加速新藥研發進程，助力生物醫藥產業邁向高端。

　　靶向精準

　　新藥研發難在哪里？以癌癥為例，如果將腫瘤比喻成一把鎖，靶點是鎖眼，藥就是鑰匙。為了找到匹配度最高的鑰匙，生物醫藥企業需要耗費大量人力財力去篩選、優化。人工智能與生俱來的“快反饋”，讓生物醫藥企業發現了研發加速的可能性。在大興生物醫藥產業基地，不少企業、科研院所正運用這項新技術尋找“鎖眼”，打造“鑰匙”。

　　分子結構包括功能性分子是新藥發現最源頭的路徑。在中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所，科研人員最擅長在天然產物中發現新藥。他們借助核磁共振，利用計算機視覺技術即可解析藥物復雜分子結構。將解析出的碳譜數字輸入人工智能解譜系統，短短5秒鐘之后，就能生成多個分子結構式。

　　中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所研究員、博士生導師汪小澗是解譜系統的研發帶頭人。他告訴記者，研發新藥費時費力，將碳譜轉化成結構式是研發新藥的關鍵一步。以前專業人員需要3天到5天完成的工作，現在被智能識譜、智能搜譜、智能解譜技術壓縮至短短幾秒，效率的提升不言而喻。

　　同在該藥物研究所，新藥開發研究室副研究員夏杰則開發出一個小分子抗菌藥物AI自動設計軟件。以前，研發人員需要掌握盡可能多的數據，耗時幾個月才能完成的設計，如今，憑借AI技術的快反饋，這套軟件不需人為干預，只要提供靶點、靶標和相應數據，2小時就能設計出一些簡單的分子。

　　不管是核磁5秒鐘“識圖”，還是軟件設計的“2小時達”，都是在研發進程不變的前提下，實現既有的環節更有效率。人工智能在提高準確率上也大有可為。以前要找到一個具有成藥潛力的分子，研究人員往往需要在前期合成的將近1000個分子中進行篩選；有了人工智能助力，篩選范圍可以從近千個銳減至20個至40個分子，產出也是驚人的。

　　“現階段，人工智能還僅僅是一種輔助工具。”汪小澗說，借助生成式人工智能的分子設計方法，他們已發現若干具有治療自身免疫性疾病以及顯著抗腫瘤活性的臨床候選物，正在進一步的臨床前研究過程中。他希望能通過合作實現臨床數據庫的擴容，提高精準度，“如果我們合成的20個分子中，有2個到3個到達臨床階段甚至成為新藥，那將是人工智能巨大的成功”。

　　最佳路徑

　　作為北京醫藥健康產業發展的主陣地，大興生物醫藥產業基地積極引進人工智能、大數據與醫藥健康交叉融合項目，持續推動生命健康產業前沿技術在園區落地生根。

　　不久前，生物醫藥基地新添AI智能新藥研發平臺——“X-Gen AI新藥發現與設計研究中心”，該平臺由園區內企業熱景生物成立，推動AI技術在藥物靶點發現、藥效篩選、藥物分子設計和優化、臨床試驗設計和管理、藥物重定位等重點環節的應用。熱景生物旗下兩家高新藥企——舜景醫藥與堯景基因，在AI技術助力下加速研發進程，提高研發和臨床的成功率。

　　研究中心負責人許立達告訴記者，做創新藥，新靶點的研究是關鍵，利用人工智能技術對海量多組學數據進行挖掘可以幫助他們發現治療疾病的全新作用機制。針對發現的新靶點，“根據‘鎖眼’的形狀，用人工智能或生物計算的方法，描摹出‘鑰匙’的樣子，就是從頭設計；有了‘鑰匙’雛形‘半成品’，再不斷迭代優化，讓‘鑰匙’更精準匹配‘鎖眼’，這就是‘親和力成熟’”。許立達說，“這兩條路徑相輔相成，可以幫助我們更快找到最合適的‘鑰匙’。”

　　在抗體分子優化方面，他們已經搭建了一條計算輔助抗體親和力成熟的路線，能夠有效預測關鍵氨基酸，并利用這些預測結果指導抗體的定向突變，讓他們在2個月內得到親和力提升10倍的抗體。在AI加持下，核酸藥開發效率更高，8小時即可完成核酸序列的設計和篩選。目前，舜景醫藥借力AI研發的首款適應癥為心腦血管疾病的創新藥已經走過研發階段，即將進入臨床。

　　值得一提的是，發現與設計這個新藥的研究中心有干濕兩類實驗室。濕實驗指傳統的生物實驗室，有各種試劑、實驗操作；干實驗指利用計算機的無水化操作。計算機結果在濕實驗中反復驗證后，在計算機上進一步優化迭代，形成人工智能進入生物制藥研發的成功路徑。

　　人工智能研發新藥屬于交叉學科，需要具備信息科學、制藥工程、生物技術等專業背景的研發人員。“我們4年前已經認識到AI技術是非常重要的加速器，開始組建隊伍，一邊做研發，一邊打磨算法、模型、流程。現在嘗到了AI提高成功率的甜頭。”在熱景生物董事長林長青眼中，AI技術已經成為很多行業實現加速發展的最佳“助攻”。

　　夯實基礎

　　在生物醫藥行業，人工智能改變的不只是創新藥研發進程，更深刻影響著醫療器械的發展。中關村科技園區大興生物醫藥產業基地公司黨委副書記、總經理申海成告訴記者，基地已有上市產品600余個，其中一類新藥4個，國家創新醫療器械15個。在醫療機器人研發領域，人工智能也在大展拳腳。

　　創傷小、疼痛輕、恢復快，是手術患者共同的愿望，在神經外科表現得尤為突出。有些患者的病灶位于顱內深部，以往手術時需在患者顱骨上打4顆到5顆釘子固定框架，且術中操作調整角度和入路存在一定限制。對醫生而言，就像要求不切開“西瓜”，取出一粒特定的“西瓜籽”，難度之大可想而知。

　　區內企業華科精準（北京）醫療設備股份有限公司將機器人技術、人工智能、影像處理技術融合，形成了神外手術機器人、磁共振引導激光消融治療系統、手術計劃軟件等多款國家藥品監督管理局批準創新醫療器械產品。公司聯合創始人兼首席技術官劉文博介紹，他們既有面向基層醫院神經外科微型導航定位機器人，用于急診腦出血快速精準診療，幫醫生做手術規劃、路徑設計，以及術中精準穿刺；也有面向更復雜、高風險的顱內手術形成全鏈條的微創精準手術方案，實現精準定位電極植入、微創治療、激光消融全流程賦能。

　　這些神經外科手術機器人可以減輕患者的痛苦，也可減輕醫生壓力，讓手術更精準、高效和智能。手術機器人自帶“導航系統和大腦地圖”——手術計劃軟件一鍵智能融合多模態影像，實現血管、腫瘤等組織三維重建；3D結構光可在1分鐘內掃描患者面部上百萬個點云，將腦部真實信息與影像信息高精度配準，提供最便捷、最安全的手術路徑和術中手術引導。“西瓜籽”在哪里、怎樣取出“西瓜籽”，一目了然。

　　要讓人工智能在醫藥健康領域發揮更大的作用，大興生物醫藥產業基地管委會也花了不少心思。申海成說，大興生物醫藥產業基地正在儲備和整合醫藥健康數據資源。引進北京市醫療器械大數據研究中心，并計劃建立“醫療器械大數據共享云中心”和“醫療器械AI超算服務中心”，加快醫藥產業集群的數字化進程。同時，建設北京生物信息智算中心，促進生物樣本數據、臨床數據和研究數據開放共享，并提供豐富的計算醫學應用場景。

　　“數據是推進AI技術在醫藥健康領域加快應用的核心驅動力。”許立達說，“我們吸收借鑒前沿技術建立自己的算法流程，再依托公共數據庫和企業內部數據對模型進行訓練，讓它變得更‘聰明’。” （經濟日報記者 楊學聰）