人工智能可以改变化学合成进程

强大的新型人工智能驱动软件将加速药物研发 人工智能可以改变化学合成进程

当我们遇到轻微问题（例如头痛或关节疼痛）或患上更严重疾病时，大多数人需要依靠药物来帮助身体康复。但是我们当中有多少人了解自己所服用药物背后的研究工作量？

开发新药是一个漫长而昂贵的过程。据估计，一种药物要通过监管部门批准需耗时12年，花费26亿美元 .。

当今绝大多数药物是由数百个或更少原子组成的“小分子”化合物。在2010年至2017年之间，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的新药中有76%属于小分子药物。由于其体积很小，与较大的生物疗法相比，这些药物更容易进入细胞内部，抵达体内靶标。

除了其大小和由合成化学反应制成以外，这组极为多样化的化合物之间几乎没有共同点。一个著名的例子是阿司匹林，它是世界上最古老、使用最广泛的药物之一。许多用于治疗癌症、自身免疫性疾病和抑郁症等疾病的最新、最前沿药物同样也属于小分子类别。目前，研究人员正在开发更多用于预防和治疗不同疾病的方法。

小分子药物研发的核心为化学合成，药物化学家通过复杂的多步骤流程创建全新分子。尽管进行了数十年的研究，这仍然是一个漫长而费力的过程，并且是将新药推向临床的关键瓶颈。

但人工智能软件领域的最新进展，为此提供了前所未有的全新机会，可以帮助加快化学合成，从而更快为患者提供有效药物。

药物研发流程

开发药物分子是一个缓慢、反复的过程，需要筛选成千上万的候选药物，从而找到最合适的选项。研究人员必须在数轮优化中进行大量实验。

该流程从生物学家确定具有潜力的新药物靶标，例如疾病关键通路中所需要的酶开始。然后，研究人员将开始搜索可以与所需靶标产生特异性相互作用，以促成正向变化的潜在候选药物。但是，要发展为一种成功的药物，一个分子还需要具有许多其他特性，包括无毒性、溶解性和稳定性。

在第一步骤中，研究人员通常会在高通量分析和计算机软件的帮助下，筛选包含数千种化合物的数据库。其目的在于限定可以对标靶产生活性的几种初始“匹配”化合物，以进入下一阶段。

接下来将开始先导物优化流程，药物化学家将在这一步骤中对化合物的核心化学结构进行修补，以微调其特性。其中包括例如取出分子的一部分或添加其他预计会改善其特性的分子，这需要对复杂分子的化学反应性具有全面了解。

然后，每个“匹配”化合物都将接受一系列测试，以探索其作为药物的适用性。最后将确定一种具有最佳特性的化合物，即候选药物。在接下来的步骤中，需要确保其大规模合成和制造的可行性。如果通过测验，该药物就可以在临床前研究中接受测试，并有望之后进行人体临床试验。

但不幸的是，大多数化合物永远都无法面世，因为许多化合物会在上述开发流程的某个阶段“落选”。

由化学家为化学家编码

合成化学很大程度上依赖于药物化学家的知识和专长，以及他们提出合成新分子的原始想法的能力。但是，人工智能领域的最新进展也许会帮助他们提升成功机率，从而加快药物开发项目的进度。 

Trice说：“我们已经拥有一款新工具并会对其进行进一步开发，从而为化学家节省大量时间，为公司节约大量资金，并促进药物更快应用于患者。” 

作为化学家和计算机科学家15逾年研究的成果，SYNTHIA™有机逆合成分析软件 背后拥有复杂的算法，能够帮助专家访问和利用数十年研究收集的有关化学合成的大量数据。 

“我们的全新药物研发软件为化学家提供了多种尝试制造分子的途径。”Trice解释说，“它可探索新的和已知的解决方案，排除无效选项，并筛选最有希望的研发途径。” 

通过利用由100,000多个手动编码的反应规则驱动的先进算法，该工具可细化筛选逆向合成可能性，同时检查已完成的工作、可以完成的工作以及可用的起始材料。 

“我们与专业有机化学家共同编写规则，这使我们的工具与现有其他工具完全不同。” 

SYNTHIA™有机逆合成分析软件 能够提供宝贵信息，这些信息可指向最佳研发途径，由此最大程度降低成本与步骤数量，并提供令所需分子具有所需特性的最佳机会。这能够大大缩短化学家在实验室中思考可行途径所需的时间。 

“这缩短了从构思到实际执行的时间。”Trice继续说道，“更广泛地说，此类软件可以缩短药物研发进程中最长步骤之一的耗时。”

小分子药物探索的未来

大多数小分子药物是艰苦实验室工作的最终产物——对单独分子进行假设、设计和合成，以及在生物系统中测试其效果的复杂流程的结果。

我们希望SYNTHIA™有机逆合成分析软件 可以大大加快这一进程，加速药物研发，使人们能够早日从改变生命的新药中受益。但是它的潜力还不只限于此。

“许多团队正在开始对其预测性功能展开研究。”Trice说，“虽然SYNTHIA™有机逆合成分析软件 和其他工具可以展示例如应先进行反应A，然后再进行反应B，但真正的目的在于实现当进行反应A的同时，工具能够提示成功反应所需的确切条件，包括温度、反应时间、溶剂和催化剂。”

只有对其进行实际应用的专家给予肯定，才是对我们新工具的最终认可。

“我们的首批用户是化学界中最具影响力的群体。”Trice说，“我们希望，如果他们感到满意，便会告诉其他研究同事，通过‘口口相传’的方式推广这一工具。”

如果涉及到版权，请联系我们删除.