Vai trò của AI trong tìm kiếm và phát triển dược phẩm

Theo TS. Qiao Nan, Giám đốc Huawei Cloud EI Health, nếu không giải quyết được tình trạng AMR có thể sẽ có thêm ít nhất 10 triệu ca tử vong trên toàn cầu vào năm 2050 - nhiều hơn số người tử vong vì ung thư hiện nay.

Các công ty dược phẩm trên thế giới cũng đang tăng cường đầu tư vào nghiên cứu và phát triển thuốc kháng sinh, nhưng tất cả đều phải đối mặt với các vấn đề về chi phí cao và chu kỳ nghiên cứu phát triển dài.

Theo các nhóm công nghiệp PhRMA và BIO, để đưa một sản phẩm thuốc hoàn thiện ra thị trường cần trung bình 10 năm nghiên cứu và khoảng 1 tỷ USD để đầu tư cho toàn bộ quá trình từ phát triển đến khi hoàn thiện.

Trong quá trình phát triển thuốc kháng sinh, vi khuẩn kháng thuốc được ghi nhận tìm thấy ngay cả trước khi thuốc kháng sinh mới kết thúc thử nghiệm lâm sàng.

Từ thực tế đó đòi hỏi cần có một cách tiếp cận nhanh hơn, hiệu quả hơn trong việc phát triển thuốc. Và AI có thể đóng một vai trò quan trọng trong phần nghiên cứu và phát triển thuốc, chuẩn bị sẵn sàng các hoạt chất dự phòng khác để thử nghiệm lâm sàng, rẻ hơn và nhanh hơn, góp phần vào quá trình chuyển đổi số của các công ty dược phẩm và rút ngắn thời gian chờ đợi của bệnh nhân.

AI đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và phát triển thuốc

Năm 2021, một cuộc khảo sát các chuyên gia sinh học của GlobalData tiết lộ rằng AI được kỳ vọng sẽ có tác động lớn nhất đến ngành dược phẩm. Và cũng không có gì ngạc nhiên khi kể từ năm 2015, đã có hơn 100 mối quan hệ đối tác giữa các nhà cung cấp AI và các công ty dược phẩm lớn.

AI có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực tìm kiếm và phát triển thuốc vì nó có thể tăng tốc thời gian cần thiết để nghiên cứu và phát triển các hợp chất thuốc mới trong việc tìm kiếm thuốc, cũng như giúp các nhà nghiên cứu tìm kiếm các phương pháp điều trị bệnh mãn tính mới trong nhiều tháng thay vì nhiều năm.

AI có thể giúp xác định các hợp chất cụ thể có khả năng thành công hơn trong các thử nghiệm thuốc, nó cũng giúp tăng tỷ lệ thành công của thuốc trong thử nghiệm. Do đó, nó cũng có thể giảm đáng kể chi phí nghiên cứu và phát triển, lên đến 70% trong một số trường hợp.

Đây cũng là một phần lý do tại sao tất cả 10 nhà sản xuất thuốc hàng đầu thế giới như GSK, Novartis, Pfizer và Sanofi…, hiện đang đầu tư mạnh vào AI thông qua hợp tác hoặc mua lại công nghệ.

Quy mô thị trường AI trong việc tìm kiếm và phát triển thuốc được định giá 520 triệu USD vào năm 2019, và theo Grand View Research, con số này dự kiến sẽ đạt 4.815 triệu USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 31,6% từ năm 2020 đến năm 2027.

Mô hình phân tử thuốc Pangu tăng tốc quá trình tìm kiếm và phát triển thuốc mới

Nhận thấy tiềm năng của AI, Huawei Cloud đang thực hiện một cách tiếp cận liên tục, dài hạn để đầu tư vào ngành chăm sóc sức khỏe, bao gồm nghiên cứu thiết kế thuốc có sự hỗ trợ của AI.

Thử thách lớn nhất trong việc tìm ra dược phẩm mới nằm trong việc sàng lọc hàng trăm triệu phân tử thuốc hiện có. Theo truyền thống, quá trình sàng lọc được thực hiện bởi các chuyên gia trong phòng thí nghiệm, nhưng tiến độ chậm, chi phí đầu tư cao và tỷ lệ thất bại cao.

Bằng cách sử dụng dịch vụ thiết kế thuốc với sự hỗ trợ của AI của Mô hình phân tử thuốc Pangu Huawei Cloud, GS. Liu Bing cùng với nhóm nghiên cứu của Bệnh viện liên kết đầu tiên của Đại học Y dược - Đại học Giao thông Tây An đã thành công trong việc tìm kiếm loại thuốc kháng khuẩn phổ rộng mới chỉ trong vòng một tháng, với chi phí R&D giảm đến 70%.

Mô hình phân tử thuốc Pangu của Huawei Cloud đã được thiết lập bằng cách sử dụng 1,7 tỉ phân tử sống của thuốc, có thể dự đoán được đặc tính hoá lý của các hợp chất thuốc, và đánh giá theo thang điểm dựa trên tính chất của mỗi loại thuốc. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể tiến hành các thí nghiệm sâu với mục tiêu cụ thể để xác minh các hợp chất thuốc có điểm số cao nhất.

Ngoài ra, quy trình tối ưu hóa cấu trúc phân tử của Mô hình phân tử thuốc Pangu có thể sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc của các hợp chất chì, giảm thiểu các tác dụng phụ tiềm ẩn của các loại thuốc mới đối với các tế bào bình thường của con người.

Mô hình này là cơ sở cho Dịch vụ điều chế thuốc có sự hỗ trợ của AI của Huawei Cloud, nền tảng SaaS dược phẩm được hỗ trợ bởi AI thương mại đầu tiên ở Trung Quốc.

Với dịch vụ này, các công ty dược phẩm có thể giảm chi phí thử nghiệm và sai sót, đẩy nhanh việc phát hiện ra các hợp chất chì từ vài năm xuống chỉ 1 tháng.

Nghiên cứu về các loại thuốc siêu kháng khuẩn chưa bao giờ cấp thiết hơn thế. Drug X là một loại thuốc siêu kháng khuẩn được phát triển với sự hỗ trợ của Dịch vụ thiết kế thuốc hỗ trợ AI của Huawei Cloud, cung cấp bởi Mô hình phân tử thuốc Pangu.

TS. Liu Bing đã dẫn dắt nhóm của mình sàng lọc các phân tử từ DrugSpaceX, một cơ sở dữ liệu quy mô lớn gồm hàng tỉ phân tử nhỏ dễ dàng tổng hợp. Sức mạnh tính toán siêu cao được cung cấp bởi Huawei Cloud đã dẫn đến sự cải thiện gấp 10 lần về hiệu quả sàng lọc thuốc.

DrugX đã được xác minh bằng các thí nghiệm trên động vật và đang trong quá trình nghiên cứu tiền lâm sàng. Đơn xin cấp bằng sáng chế cho Drug X đã được nộp ở nhiều quốc gia. Nếu thành công, Drug X có khả năng giải quyết thách thức nghiêm trọng cho những bệnh nhân phải đối mặt với tình trạng nhiễm trùng do vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh mà không có loại thuốc điều trị hiệu quả nào có sẵn.

"AI đang trở thành nền tảng quan trọng trong ngành công nghiệp dược phẩm. Với các công nghệ như học máy và nhận dạng hình ảnh, AI cung cấp các mô hình dự đoán tốt hơn và tỉ lệ thành công cao hơn, rút ngắn thời gian khám phá thuốc, tiết kiệm chi phí và tăng doanh thu" - giáo sư Liu nhận định.

Hơn 1,2 triệu người đã chết vào năm 2019 do hậu quả trực tiếp của nhiễm trùng do vi khuẩn kháng kháng sinh. Con số này cao hơn so với số ca tử vong do HIV gây ra trong cùng năm. WHO ước tính chi tiêu dự kiến 1,2 nghìn tỷ USD mỗi năm vào năm 2050 do sự gia tăng của AMR.

Mô hình phân tử thuốc Pangu đã hỗ trợ đắc lực cho các dịch vụ thương mại và hợp tác phát triển nghiên cứu thuốc giữa nhiều công ty dược phẩm và viện nghiên cứu. Nhưng điều này chỉ là khởi đầu. Với tiến bộ không ngừng và những đột phá trong R&D, Huawei Cloud cho biết sẽ tiếp tục hỗ trợ ngành y tế, đồng thời hợp tác với các nhà nghiên cứu trong ngành y tế để cải thiện sức khỏe con người./.