人工智能可以改變化學(xué)合成進程

強大的新型人工智能驅(qū)動軟件將加速藥物研發(fā) 人工智能可以改變化學(xué)合成進程

當我們遇到輕微問題（例如頭痛或關(guān)節(jié)疼痛）或患上更嚴重疾病時，大多數(shù)人需要依靠藥物來幫助身體康復(fù)。但是我們當中有多少人了解自己所服用藥物背后的研究工作量？

開發(fā)新藥是一個漫長而昂貴的過程,。據(jù)估計，一種藥物要通過監(jiān)管部門批準需耗時12年，花費26億美元 .,。

當今絕大多數(shù)藥物是由數(shù)百個或更少原子組成的“小分子”化合物。在2010年至2017年之間,，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的新藥中有76%屬于小分子藥物,。由于其體積很小，與較大的生物療法相比,，這些藥物更容易進入細胞內(nèi)部,，抵達體內(nèi)靶標。

除了其大小和由合成化學(xué)反應(yīng)制成以外,，這組極為多樣化的化合物之間幾乎沒有共同點,。一個著名的例子是阿司匹林，它是世界上最古老,、使用最廣泛的藥物之一,。許多用于治療癌癥、自身免疫性疾病和抑郁癥等疾病的最新,、最前沿藥物同樣也屬于小分子類別,。目前，研究人員正在開發(fā)更多用于預(yù)防和治療不同疾病的方法,。

小分子藥物研發(fā)的核心為化學(xué)合成,，藥物化學(xué)家通過復(fù)雜的多步驟流程創(chuàng)建全新分子。盡管進行了數(shù)十年的研究,，這仍然是一個漫長而費力的過程,，并且是將新藥推向臨床的關(guān)鍵瓶頸。

但人工智能軟件領(lǐng)域的最新進展,，為此提供了前所未有的全新機會,，可以幫助加快化學(xué)合成，從而更快為患者提供有效藥物,。

藥物研發(fā)流程

開發(fā)藥物分子是一個緩慢,、反復(fù)的過程,，需要篩選成千上萬的候選藥物，從而找到最合適的選項,。研究人員必須在數(shù)輪優(yōu)化中進行大量實驗,。

該流程從生物學(xué)家確定具有潛力的新藥物靶標，例如疾病關(guān)鍵通路中所需要的酶開始,。然后,，研究人員將開始搜索可以與所需靶標產(chǎn)生特異性相互作用，以促成正向變化的潛在候選藥物,。但是,，要發(fā)展為一種成功的藥物，一個分子還需要具有許多其他特性,，包括無毒性,、溶解性和穩(wěn)定性。

在第一步驟中,，研究人員通常會在高通量分析和計算機軟件的幫助下,，篩選包含數(shù)千種化合物的數(shù)據(jù)庫。其目的在于限定可以對標靶產(chǎn)生活性的幾種初始“匹配”化合物,，以進入下一階段,。

接下來將開始先導(dǎo)物優(yōu)化流程，藥物化學(xué)家將在這一步驟中對化合物的核心化學(xué)結(jié)構(gòu)進行修補,，以微調(diào)其特性,。其中包括例如取出分子的一部分或添加其他預(yù)計會改善其特性的分子，這需要對復(fù)雜分子的化學(xué)反應(yīng)性具有全面了解,。

然后,，每個“匹配”化合物都將接受一系列測試，以探索其作為藥物的適用性,。最后將確定一種具有最佳特性的化合物,，即候選藥物。在接下來的步驟中,，需要確保其大規(guī)模合成和制造的可行性,。如果通過測驗，該藥物就可以在臨床前研究中接受測試,，并有望之后進行人體臨床試驗,。

但不幸的是，大多數(shù)化合物永遠都無法面世,，因為許多化合物會在上述開發(fā)流程的某個階段“落選”,。

由化學(xué)家為化學(xué)家編碼

合成化學(xué)很大程度上依賴于藥物化學(xué)家的知識和專長，以及他們提出合成新分子的原始想法的能力,。但是,，人工智能領(lǐng)域的最新進展也許會幫助他們提升成功機率,，從而加快藥物開發(fā)項目的進度。 

Trice說：“我們已經(jīng)擁有一款新工具并會對其進行進一步開發(fā),，從而為化學(xué)家節(jié)省大量時間，為公司節(jié)約大量資金,，并促進藥物更快應(yīng)用于患者,。” 

作為化學(xué)家和計算機科學(xué)家15逾年研究的成果，SYNTHIA?有機逆合成分析軟件 背后擁有復(fù)雜的算法,，能夠幫助專家訪問和利用數(shù)十年研究收集的有關(guān)化學(xué)合成的大量數(shù)據(jù),。 

“我們的全新藥物研發(fā)軟件為化學(xué)家提供了多種嘗試制造分子的途徑。”Trice解釋說,，“它可探索新的和已知的解決方案,，排除無效選項，并篩選最有希望的研發(fā)途徑,。” 

通過利用由100,000多個手動編碼的反應(yīng)規(guī)則驅(qū)動的先進算法,，該工具可細化篩選逆向合成可能性，同時檢查已完成的工作,、可以完成的工作以及可用的起始材料,。 

“我們與專業(yè)有機化學(xué)家共同編寫規(guī)則，這使我們的工具與現(xiàn)有其他工具完全不同,。” 

SYNTHIA?有機逆合成分析軟件 能夠提供寶貴信息,，這些信息可指向最佳研發(fā)途徑，由此最大程度降低成本與步驟數(shù)量,，并提供令所需分子具有所需特性的最佳機會,。這能夠大大縮短化學(xué)家在實驗室中思考可行途徑所需的時間。 

“這縮短了從構(gòu)思到實際執(zhí)行的時間,。”Trice繼續(xù)說道,，“更廣泛地說，此類軟件可以縮短藥物研發(fā)進程中最長步驟之一的耗時,。”

小分子藥物探索的未來

大多數(shù)小分子藥物是艱苦實驗室工作的最終產(chǎn)物——對單獨分子進行假設(shè),、設(shè)計和合成，以及在生物系統(tǒng)中測試其效果的復(fù)雜流程的結(jié)果,。

我們希望SYNTHIA?有機逆合成分析軟件 可以大大加快這一進程,，加速藥物研發(fā)，使人們能夠早日從改變生命的新藥中受益,。但是它的潛力還不只限于此,。

“許多團隊正在開始對其預(yù)測性功能展開研究。”Trice說,，“雖然SYNTHIA?有機逆合成分析軟件 和其他工具可以展示例如應(yīng)先進行反應(yīng)A,，然后再進行反應(yīng)B,，但真正的目的在于實現(xiàn)當進行反應(yīng)A的同時，工具能夠提示成功反應(yīng)所需的確切條件,，包括溫度,、反應(yīng)時間、溶劑和催化劑,。”

只有對其進行實際應(yīng)用的專家給予肯定,，才是對我們新工具的最終認可。

“我們的首批用戶是化學(xué)界中最具影響力的群體,。”Trice說,，“我們希望，如果他們感到滿意,，便會告訴其他研究同事,，通過‘口口相傳’的方式推廣這一工具。”

如果涉及到版權(quán),，請聯(lián)系我們刪除.