以科技之“智”助医疗之“治”

“中国药谷”引入人工智能研发新药和新器械

以科技之“智”助医疗之“治”

医药学发展到今天，新药研发仍是一场九死一生的“冒险”，临床失败率极高。有人统计，新药研发平均需要耗时10年、耗资10亿美元，并且成功率不足10%。

为什么这么难？以癌症为例，如果肿瘤是一把锁，靶点是锁眼，药就是钥匙，为了找到最合适的那把，科研人员需要耗费大量精力、财力去筛选。

眼下，大模型时代的人工智能正在悄然赋能千行百业。在被誉为“中国药谷”的大兴生物医药产业基地，已经有企业、科研院所通过这项新技术去寻找“新钥匙”。新药研发“10年10亿美元10%成功率”的传统“魔咒”正在被打破。在医疗机器人研发领域，人工智能也在大展拳脚。

药企引进信息科学专业人才

与印象里药企研发团队全都穿着白大褂做实验不同，热景生物公司的新药发现与设计研究中心，有一部分人平时面对的是电脑屏幕上的数据和药物分子模型。

这支团队的核心成员来自清华大学、北京大学、中国科学院、中国人民解放军军事医学科学院、北京协和医学院、美国马萨诸塞大学、约翰·霍普金斯大学、德雷塞尔大学等国内外顶尖高校及科研院所，且具备信息科学、制药工程、生物技术等专业背景。这不难理解，引入人工智能研发新药属于交叉学科，需要很多专业的人才一起努力。就在前不久，他们的研究成果还发表在了国际权威期刊上。

“计算机技术辅助研发新药并不是新概念，我国早在上世纪80年代就有科学家开始尝试。但受限于当时的技术，只能形成简单模型，很难落到企业层面。”中心负责人许立达说，近年来，随着算力、实验技术的突飞猛进，药企在发展过程中沉淀的大量珍贵数据有了更多“用武之地”。相比于信息技术企业，药企搭建人工智能算法模型也因此获得了一定优势。“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，能让它变得更‘聪明’。”

与新药发现与设计研究中心同处一栋楼的，是热景生物的大量专业实验室。人工智能模型得出的计算结果，会在实验室进行多轮验证，进一步改进药物分子结构，获得更好疗效。除了借助人工智能算法模型发现“新钥匙”，热景生物还期待着它能找到“新锁眼”，也就是新靶点，到那时，企业也将增加一条全新的赛道，并处于领跑位置。

5秒钟即可生成分子结构式

药物分子经过核磁共振，会在电脑上得到一串原始碳谱数字，这就好似它的“身份证号”。将这串数字输入人工智能解谱系统，只需短短5秒，就生成了多个分子结构式，再经过科研人员人工验证，即可获取“正确答案”。

这听起来有点科幻的一幕，发生在中国医学科学院北京协和医院药物研究所。研究员、博士生导师汪小涧，是解谱系统的研发带头人，“将碳谱转化成结构式，是研发新药的关键一步。即便经验丰富的专业人士操作，也需要3到5天。短短5秒，可能连‘身份证号’还没看全。”

药物研究所的科研人员们，擅长在天然产物中发现新药。比如用于治疗慢性肝炎的双环醇，就是从五味子中提取出来的，协和药厂平均年销售额在10亿元以上。如果新药发现能够提速，不仅患者有了更多治疗方案，科研人员也将获得更多经费支持，实现良性循环。

可研发新药是个需要“坐冷板凳”的苦差事。汪小涧统计过，他带的研究生，如果用传统的筛选方法，平均每年每人只能合成20至40个分子，大多数分子还没到达临床阶段就宣告“夭折”，如果借助人工智能解谱系统，获取的分子数量可以至少增加一倍，研发新药的成功概率也会有所增加。

这套解谱系统上线2年来，已经吸引上万名天然产物结构化学从业者使用。“现阶段，人工智能还仅仅是一种辅助工具，新药研发还需要遵循传统规律开展临床试验。”汪小涧说，希望和有实力的药企一起合作用好临床数据，让数据库实现扩容，提高精准度，“如果我们合成的20个分子中，有2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。”

智能机器人精准导航手术路径

去年8月，西安一位体重仅2斤4两的早产儿，在出生3天后突发脑出血。孩子年龄太小，脑出血的面积又比较大，精准、微创进行手术的难度非常大。经慎重评估，医生决定使用华科精准公司微型机器人实施脑内血肿穿刺外引流术，不仅精准定位了病灶，还成功清除了14毫升积血。

华科精准公司是“中国药谷”园区企业，研发的多款手术机器人已辅助医生开展了2万多台神经外科手术。公司联合创始人兼首席技术官刘文博说，有相当比例的神经外科患者，其病灶位于颅内深部，需要医生先进行准确定位，再完整安全地切除病灶。过去，为了实现微创精准的手术路径设计和术中引导，需要在患者清醒的状态下往颅骨上打4到5颗钉子用来固定框架，患者的痛苦可想而知，且术中操作调整角度和入路存在一定限制。对于医生而言，就像是在不切开西瓜的情况下，精准取出一粒特定的西瓜籽，难度非常之大。

如今，人工智能技术发展突飞猛进，神经外科手术机器人可以使患者免受诸多痛苦，也可以大大减轻医生的操作压力。华科精准手术机器人自带“导航系统”——随着机械臂摆动，机器人的3D结构光可在1分钟内扫描患者面部上百万个点云，机器人的手术软件，融合了多模态影像处理技术、组织三维重建技术和高精度配准技术，可以快速将患者脑部精细的结构和手术工具位置信息在显示屏上直观地呈现出来。经过系统精密的计算，提供最便捷、最安全的手术路径和术中手术引导。这样一来，“西瓜籽”在哪里、怎样取出“西瓜籽”，一目了然。

新闻内存

作为本市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。目前，园区“AI+医疗”项目初步聚集，已引入深度制耀、中科基因等AI人工智能医药创新企业，打造生物样本库及生物信息智算中心，将生物技术与人工智能深度融合，以“政产学研医”协同创新共建模式，打造AI生物医药优质项目服务和孵化平台。