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Exscientia 利用生成式人工智能重构药物研发

“使用 AWS,我们可以减少瓶颈和提高管道速度。”

David Hallett
Exscientia 的 Interim CEO 兼 Chief Scientific Officer

Exscientia 在整个设计-生产-测试-学习(DMTL)周期中利用生成式人工智能(AI),以相对较低的成本快速为患者发现新疗法。传统药物研发方法可能需要长达 15 年的时间,耗资超过 20 亿美元,平均失败率高达 90% 到 96%,这是因为科学家们要在 1060 个具有生物可利用性的小分子中寻找特定的候选药物。

Exscientia 的创新 DMTL 解决方案基于 Amazon Web Services(AWS)而构建,采用了计算机设计(利用生成式人工智能算法在云端设计化合物),并在实验室中利用自动化机器人生产候选药物。“我们利用生成式人工智能解决效率和有效性问题,”Exscientia 的临时 CEO 兼首席科学官 David Hallett 表示。“通过在计算机中预测安全、有效药物的分子特征,我们最大限度地减少了昂贵的实验次数。我们的平台是与 AWS 团队合作构建的,并在速度方面进行了优化。我们可以重复很多 DMTL 学习循环,并通过每次迭代改进我们的候选药物。”

利用生成式人工智能,以更低的成本进行更高效的药物研发

Exscientia 从患者需求出发开展逆向工作,定义了精确的目标产品概况(TPP),其中规定了耐受性良好的有效药物所需的复杂特性组合。人工智能工程师设计了算法,以生成符合 TPP 要求的潜在候选药物组合。主动学习算法可以帮助专家设计人员选择一份要在实验室中合成的候选药物的简短清单,因为他们需要推动 TPP 向前发展,或者完善模型以适应未来的 DMTL 周期。

根据公开的药理学数据以及从患者组织样本、基因组学、单细胞转录组学和医学文献中生成的专有内部数据,对 Exscientia 算法进行训练。通过在整个过程中对数据进行编码以及分析实验结果和以前的设计周期,Exscientia 可以优化即将到来的设计周期,并推动可物理合成的化合物设计。使用这种在 AWS 上构建的合成感知迭代方法,Exscientia 生产的化合物数量仅为行业平均水平的 1/10。“我们的想法是在患者身上进行测试之前,消除化学弊端,以生产出更安全、更有效的候选药物,”Hallett 说道。

与行业基准相比,Exscientia 将药物设计速度提高了 70% 之多,同时将资本成本降低了 80%。Exscientia 利用生成式人工智能和其他工具,不仅可以更快地开发出更好的候选药物,还确定了用来在患者身上进行临床试验的正确药物组合。

使用自动化机器人缩短时间和降低成本,以生产出更好的药物

Exscientia 将先进的化学合成和生物检测实验室设备与自动化机器人相结合,以避免手动操作实验室设备。这样,由 AWS 微服务编排的实验室可以在几乎无人监督的情况下全天候运行,“当我们的设计准备就绪时,我们只需按下按钮,几天之内,机器人就能够生产出药物,”Hallett 表示。为了保持极高的安全性和全面的灾难恢复能力,Exscientia 将使用这样的自动化机器人功能缩短业内使用的传统离岸研究合同所需的生产时间和测试时间。

随着该公司通过机器人自动化实验室实现闭环,预计生产力会进一步提高。实验室生成的数据改善了算法预测并加快了 DMTL 周期。

将人工智能设计的分子引入到临床试验中

Exscientia 利用人工智能设计的六种分子已进入临床试验。“使用 AWS,我们可以减少瓶颈和提高管道速度,”Hallett 说道。“通过开启这一高度集成化和自动化的 DMTL 循环,我们能够以更快速、更具成本效益的方式生产候选药物。”

使用的 AWS 服务

Amazon Bedrock

Amazon Bedrock 是一项完全托管的服务,通过单个 API 提供来自 AI21 Labs、Anthropic、Cohere、Meta、Mistral AI、Stability AI 和 Amazon 等领先人工智能公司的高性能基础模型(FM),以及通过安全、隐私、负责任的人工智能构建生成式人工智能应用程序所需的一系列广泛功能。

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Amazon Elastic Container Service

Amazon Elastic Container Service(ECS)是一项完全托管的容器编排服务,可帮助您更有效地部署、管理和扩展容器化的应用程序。

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Amazon Relational Database Service

Amazon Relational Database Service(Amazon RDS)是一种易于管理的关系数据库服务,针对总拥有成本进行了优化。

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Amazon Simple Storage Service

Amazon Simple Storage Service(Amazon S3)是一项对象存储服务,在可扩展性、数据可用性、安全性和能效方面业界领先。

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