人工智能助力药物合成智能化研发

近年来, 由于计算能力、大数据和算法的不断进步,人工智能(AI)在社会各个领域的使用越来越频繁,其中制药行业尤甚。人工智能为药物设计、性质预测以及药物合成的发展带来了新的机遇。


开发一款新药通常要经过DMTA四个阶段,即design(设计)、make(合成)、test(测试)和analyze(分析),其中每一部分都需要大量的时间和资源投入。尤其是在药物合成阶段,在已知目标分子的结构的情况下,如何加快目标分子合成路径的设计并减少合成失败的几率,是药物化学家们最关心的问题之一。


计算机辅助合成路线设计(CASP)的历史可以追溯到1960年,由当时Corey小组首次公开,这是一种基于规则的逆向合成设计方法。被认为是最早期的人工智能药物合成设计。该开创性出版物对于定义化学合成的启发式方法至关重要,这对于合成计划软件可能是必需的。然而,初代的智能药物合成完全依赖于化学家的专业知识,没有用到基于大量数据的统计学习。直到最近二十年机器学习的兴起,使得CASP可以不断扩展来吸收新的反应数据,并集成在自动化流水线中,成为新一代基于人工智能的CASP,即智能药物合成设计。


目前,世界上一些著名医药企业都已建有连续流实验室,不断探索和开发新的应用领域。今天就向大家介绍目前连续流技术的几个最新成果。


  1. 机器人化学家

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格拉斯哥大学发明了一种机器人利用人工智能(AI)来发现新分子


这台机器正在学习创造化学反应,产生新的药物和材料。


最初与人类化学家合作学习,然后人工智能接管,机器人开始自己发明。


机器人已经合成了1000多种新的化学物质和反应,其中一种具有独特的3D结构,是已知的1%最“奇特”分子中的一种。


参考:By Kenneth Macdonald 18 July 2018 Scotland BBC Scotland Science Correspondent


2.辉瑞Pfizer成功打造化学反应高速自动筛选平台

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Pfizer高通量-连续流-高速反应-自动筛选平台系统包括几台计算机控制单元,两套可以相互切换的液相色质(LC/MS)系统以及连续流动纳升级微管反应系统


研究人员四天内利用该系统对Suzuki-Miyaura偶联反应进行了5760个条件筛选,每天筛选的条件数量高达1500个


参考文献:Science 26, Jan 2018: Vol 359, Issue 6347, pp 429-434


3.麻省理工 - 即插即用技术实现化学合成自动化

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自动化的化学合成系统


5个不同功能模块(合成、分离及在线分析等)


模块大小和大型手机差不多,可直接插入端口


特定功能模块(光化学模块,固体催化反应模块等)


通过优化程序,可自动探索不同的实验条件


实验重现性高


参考文献:2018年9月20日科学杂志


4.神奇的制药工厂 - 冰箱大小的连续流制药设备

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麻省理工的最新成果


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多功能,可生产四种药物


抗组胺药盐酸苯海拉明(Benadryl)


局部麻醉剂盐酸利多卡因


镇静剂地西泮(Valium)


抗抑郁药盐酸氟西汀(Prozac 或 Sarafem)


可以按照用户需要,每天连续不断的制备出成百上千份药物制剂


5.MIT 机器手连续自动流动合成阿司匹林 (ATROPINE)

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当阿司匹林全过程都由机器人操作完成时,您对药物生产过程是否有了新的认识?