高通量干濕一體化生物計算引擎

醫(yī)療健康

高通量干濕一體化生物計算引擎

End-to-end Drug Discovery Engine

百圖生科（北京）智能技術(shù)有限公司

Bio Map

一、成果介紹

當(dāng)前生物醫(yī)藥行業(yè)普遍面臨一個非常嚴峻的問題，即“雙十定律”，具體來說就是一款新藥從研發(fā)到上市，平均需要10年時間和10億美元的投入，且成功率不足10%。

面對當(dāng)前嚴峻的創(chuàng)新藥物研發(fā)形勢，百圖生科利用生物技術(shù)+人工智能賦能生命科學(xué)行業(yè)的發(fā)展，依托百度多年的AI技術(shù)積累，構(gòu)建強大的技術(shù)平臺，以生物計算引擎為核心，利用前沿生物技術(shù)+AI解決生命科學(xué)行業(yè)的高價值問題，構(gòu)建了高通量干濕一體的實驗化技術(shù)引擎，和高質(zhì)量數(shù)據(jù)生態(tài)體系的復(fù)合型戰(zhàn)略。

百圖生科通過建立干濕一體化閉環(huán)，可以縮短整個藥物研發(fā)耗時，降低需要投入的花費和成本，同時還能大大提升新藥發(fā)現(xiàn)的成功率，有效解決“雙十定律”的問題，有效解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點。

二、技術(shù)創(chuàng)新介紹

（一）精心打造干實驗室團隊

百圖生科運用深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)技術(shù)，深入挖掘公開數(shù)據(jù)庫和未來的自建數(shù)據(jù)庫，自己采集隊列樣本、收集RWD，并進行生物信息的數(shù)據(jù)分析，提高藥物管線設(shè)計、分子結(jié)構(gòu)設(shè)計能力； 通過知識圖譜技術(shù)，圍繞文獻、論文構(gòu)建與免疫腫瘤或自身免疫類疾病相關(guān)的知識圖譜，鏈接已知節(jié)點和未知節(jié)點之間的關(guān)系；利用圖像識別技術(shù)，賦能濕實驗室環(huán)境中產(chǎn)生的大量圖像視頻，輔助高通量實驗驗證。百圖生科將著力打造大工程化的優(yōu)勢，計劃建設(shè)世界領(lǐng)先的大型生物計算超級計算集群、規(guī)模最大的蛋白質(zhì)互相作用的大型AI模型，在蛋白質(zhì)互相作用和抗體設(shè)計等預(yù)測等問題上獲得世界領(lǐng)先水平。

（二）完全自主成立濕實驗室團隊

百圖生科建立濕實驗室進行臨床樣本的處理、相應(yīng)組學(xué)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、前沿單細胞組學(xué)的研發(fā)以及高通量實驗技術(shù)原型模組的研發(fā)。實驗室內(nèi)包含全套的分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)及免疫學(xué)細胞實驗洗相關(guān)設(shè)備，在引入世界一流的聚合酶鏈反應(yīng)核酸擴增儀、細胞分選儀、細胞分析儀、相差顯微鏡、共聚焦熒光顯微鏡、10X單細胞分選儀、DNA片段分析儀、DNA片段打斷儀等設(shè)備的同時，也會自主研發(fā)世界領(lǐng)先水平的多套實驗設(shè)備，包括但不局限于類器官均一化3D自動培養(yǎng)箱、激光片層掃描高通量熒光顯微鏡、高通量蛋白純化/檢測微流控平臺等。未來將集成單細胞多組學(xué)分析、細胞動態(tài)實施監(jiān)控以及細胞微環(huán)境多維度調(diào)控等多尺度的復(fù)合能力，成為國內(nèi)領(lǐng)先的細胞分析自動化多組學(xué)平臺。并與干實驗室形成完整閉環(huán)，干濕實驗室有效結(jié)合，自產(chǎn)數(shù)據(jù)、自己分析、尋找靶點，并最終開發(fā)藥物管線。

圖 1百圖生科實驗室

圖 2 百圖生科實驗室

三、社會價值

（一）基于多組學(xué)及圖學(xué)習(xí)的靶點發(fā)現(xiàn)。

百圖已與多家跨國藥企、中國創(chuàng)新藥上市公司展開基于靶點發(fā)現(xiàn)AI引擎的合作，旨在通過分析臨床數(shù)據(jù)、多組學(xué)數(shù)據(jù)和藥物臨床前數(shù)據(jù)，幫助泛癌種靶點藥物選擇安全性最好、效果最顯著的適應(yīng)癥開展臨床實驗，并推薦最優(yōu)的聯(lián)合用藥或多靶向藥物方案。

在胃癌、肝癌、強直性脊柱炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、肝纖維化方向，百圖生科已基于公開數(shù)據(jù)搭建起完備的疾病聚焦的多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，并同多家大型三甲醫(yī)院深入洽談，旨在聯(lián)合發(fā)起大規(guī)模臨床科研隊列；在這一過程中，AI將有助于多中心隊列的批次效應(yīng)消除、極大提高多組學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析效率，最終有助于相關(guān)疾病機理的解析，推薦新的藥物靶點分子。

（二）復(fù)雜抗體藥物設(shè)計

百圖生科通過大規(guī)模的蛋白預(yù)訓(xùn)練，提高AI對大分子藥物設(shè)計問題的預(yù)測能力，并基于高通量濕實驗平臺，圍繞具體的管線研發(fā)問題產(chǎn)生大量的實驗數(shù)據(jù)，干濕閉環(huán)，幫助模型的迭代優(yōu)化，最終提高抗體工程效率。

在胃癌領(lǐng)域百圖已經(jīng)啟動內(nèi)部研發(fā)項目，利用AI免疫圖譜找出特異性最強的腫瘤相關(guān)抗原，結(jié)合腫瘤免疫靶點或T細胞鏈接位點，開發(fā)高選擇性雙抗，且結(jié)合腫瘤微環(huán)境中的不同靶點分布和作用機理，利用AI復(fù)雜抗體設(shè)計工具，優(yōu)化雙特異性抗體雙臂的空間取向、親和力參數(shù)，實現(xiàn)First-in-class & Best-in-class的藥物研發(fā)。

圖 3 百圖生科高通量干濕一體化生物計算引擎架構(gòu)圖