人工智能可以改變化學(xué)合成進(jìn)程

強(qiáng)大的新型人工智能驅(qū)動(dòng)軟件將加速藥物研發(fā) 人工智能可以改變化學(xué)合成進(jìn)程

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

開(kāi)發(fā)新藥是一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程,。據(jù)估計(jì),，一種藥物要通過(guò)監(jiān)管部門(mén)批準(zhǔn)需耗時(shí)12年,，花費(fèi)26億美元 .,。

當(dāng)今絕大多數(shù)藥物是由數(shù)百個(gè)或更少原子組成的“小分子”化合物,。在2010年至2017年之間，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)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(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,，抵達(dá)體內(nèi)靶標(biāo),。

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(méi)有共同點(diǎn)。一個(gè)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(kāi)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(guò)復(fù)雜的多步驟流程創(chuàng)建全新分子,。盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究,，這仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)而費(fèi)力的過(guò)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(jìn)展,，為此提供了前所未有的全新機(jī)會(huì),，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(kāi)發(fā)藥物分子是一個(gè)緩慢,、反復(fù)的過(guò)程,，需要篩選成千上萬(wàn)的候選藥物，從而找到最合適的選項(xiàng),。研究人員必須在數(shù)輪優(yōu)化中進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn),。

該流程從生物學(xué)家確定具有潛力的新藥物靶標(biāo)，例如疾病關(guān)鍵通路中所需要的酶開(kāi)始,。然后,，研究人員將開(kāi)始搜索可以與所需靶標(biāo)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(gè)分子還需要具有許多其他特性,，包括無(wú)毒性,、溶解性和穩(wěn)定性。

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

接下來(lái)將開(kāi)始先導(dǎo)物優(yōu)化流程，藥物化學(xué)家將在這一步驟中對(duì)化合物的核心化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ),，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(jì)會(huì)改善其特性的分子,，這需要對(duì)復(fù)雜分子的化學(xué)反應(yīng)性具有全面了解。

然后,，每個(gè)“匹配”化合物都將接受一系列測(cè)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(lái)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(guò)測(cè)驗(yàn),，該藥物就可以在臨床前研究中接受測(cè)試，并有望之后進(jìn)行人體臨床試驗(yàn),。

但不幸的是,，大多數(shù)化合物永遠(yuǎn)都無(wú)法面世，因?yàn)樵S多化合物會(huì)在上述開(kāi)發(fā)流程的某個(gè)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(shí)和專長(zhǎng),，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(jìn)展也許會(huì)幫助他們提升成功機(jī)率,，從而加快藥物開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)度。 

Trice說(shuō)：“我們已經(jīng)擁有一款新工具并會(huì)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā),，從而為化學(xué)家節(jié)省大量時(shí)間,，為公司節(jié)約大量資金，并促進(jìn)藥物更快應(yīng)用于患者,。” 

作為化學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家15逾年研究的成果,，SYNTHIA?有機(jī)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(wèn)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(shuō)，“它可探索新的和已知的解決方案,，排除無(wú)效選項(xiàng),，并篩選最有希望的研發(fā)途徑。” 

通過(guò)利用由100,000多個(gè)手動(dòng)編碼的反應(yīng)規(guī)則驅(qū)動(dòng)的先進(jìn)算法,，該工具可細(xì)化篩選逆向合成可能性,，同時(shí)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(jī)化學(xué)家共同編寫(xiě)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(jī)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(jī)會(huì)。這能夠大大縮短化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中思考可行途徑所需的時(shí)間,。 

“這縮短了從構(gòu)思到實(shí)際執(zhí)行的時(shí)間,。”Trice繼續(xù)說(shuō)道，“更廣泛地說(shuō),，此類軟件可以縮短藥物研發(fā)進(jìn)程中最長(zhǎng)步驟之一的耗時(shí),。”

小分子藥物探索的未來(lái)

大多數(shù)小分子藥物是艱苦實(shí)驗(yàn)室工作的最終產(chǎn)物——對(duì)單獨(dú)分子進(jìn)行假設(shè)、設(shè)計(jì)和合成,，以及在生物系統(tǒng)中測(cè)試其效果的復(fù)雜流程的結(jié)果,。

我們希望SYNTHIA?有機(jī)逆合成分析軟件 可以大大加快這一進(jìn)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(tuán)隊(duì)正在開(kāi)始對(duì)其預(yù)測(cè)性功能展開(kāi)研究,。”Trice說(shuō),，“雖然SYNTHIA?有機(jī)逆合成分析軟件 和其他工具可以展示例如應(yīng)先進(jìn)行反應(yīng)A，然后再進(jìn)行反應(yīng)B,，但真正的目的在于實(shí)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)A的同時(shí),，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(shí)間、溶劑和催化劑,。”

只有對(duì)其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的專家給予肯定,，才是對(duì)我們新工具的最終認(rèn)可。

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

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