In che modo l'intelligenza artificiale nella produzione farmaceutica protegge la salute umana?

Introduzione

Nella società odierna la medicina si sta sviluppando rapidamente, gli esseri umani debellano sempre più malattie e anche l'aspettativa di vita media è in continuo aumento.

L'intelligenza artificiale sta inoltre contribuendo al processo con cui gli esseri umani sviluppano nuovi farmaci e ampliano l'arsenale a disposizione per combattere le malattie. Inoltre, con l'aggiunta dell'intelligenza artificiale, la ricerca e lo sviluppo umano di nuovi farmaci potrebbero entrare in una nuova era.

Difficoltà nello sviluppo dei farmaci tradizionali

Nel campo della ricerca e dello sviluppo dei farmaci, esiste un termine chiamato "dilemma del doppio dieci" o "legge del doppio dieci".

Ciò significa che ci vogliono più di 10 anni e più di 1 miliardo di dollari perché un nuovo farmaco passi dalla fase di ricerca e sviluppo alla commercializzazione. Oltre a questo, c'è in realtà un 10 nascosto. Il tasso di successo della ricerca e dello sviluppo di nuovi farmaci è solo del 10% circa.

Perché è così difficile sviluppare nuovi farmaci? Tutto inizia con la ricerca e lo sviluppo di nuovi farmaci. Lo sviluppo di un farmaco fino alla sua commercializzazione generalmente comprende le seguenti fasi:

Innanzitutto, la fase di sviluppo del farmaco:

Questa fase consiste nell'individuare il bersaglio del farmaco, ovvero il punto della cellula o del virus in cui agisce. Successivamente, le molecole del farmaco vengono progettate in base al bersaglio e vengono realizzati i farmaci candidati.

I farmaci candidati non possono essere testati immediatamente sugli esseri umani. È necessario condurre ricerche di laboratorio nella fase preclinica per comprendere gli studi farmacocinetici e farmacodinamici del farmaco e per condurre valutazioni preliminari sulla sicurezza.

I farmaci che hanno superato la fase preclinica possono entrare nella fase di ricerca clinica, che comprende tre fasi:

La fase I è rivolta principalmente a volontari sani per studiare la farmacocinetica e la sicurezza negli esseri umani.

Fase II: valutazione preliminare dell'effetto terapeutico del farmaco. Concentratevi sull'osservazione dell'efficacia e delle reazioni avverse.

La fase III è una sperimentazione clinica di valutazione completa, che è la fase di conferma dell'effetto terapeutico del farmaco. L'esperimento randomizzato in doppio cieco su grandi campioni a cui siamo abituati si trova in questa fase.

Dopo aver superato queste tre fasi, il farmaco può essere commercializzato. Naturalmente, dopo l'immissione in commercio del farmaco, è prevista anche una fase di monitoraggio della sicurezza post-commercializzazione.

Ci vogliono circa 12-15 anni dall'inizio della ricerca e dello sviluppo di un farmaco al suo lancio sul mercato e, durante questo processo, un gran numero di farmaci verrà eliminato.

Come l'intelligenza artificiale può migliorare:

Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia AI, la ricerca e lo sviluppo dei farmaci entreranno in una nuova era.

Ad esempio, quando si cercavano i bersagli dei farmaci, questi venivano originariamente selezionati e determinati sulla base dell'esperienza di scienziati umani e consultando la letteratura scientifica. Tuttavia, l'avvento della tecnologia di elaborazione del linguaggio naturale e di vari modelli di grandi dimensioni consente all'intelligenza artificiale di partecipare. L'intelligenza artificiale non solo è in grado di leggere grandi quantità di letteratura ed estrarre parole chiave, ma può anche trarre inferenze basate sulla semantica contestuale per aiutare i medici a trovare potenziali obiettivi.

Inoltre, una volta trovato il bersaglio, è necessario decifrarne la struttura per progettare farmaci in grado di agire su tale bersaglio. Anche l'intelligenza artificiale può aiutare in questo processo.

Secondo i dati di Exscientia, un'azienda farmaceutica britannica specializzata in intelligenza artificiale, l'intelligenza artificiale è riuscita a ridurre la fase di sviluppo dei farmaci da una media di 4,5 anni a circa 13,7 mesi, con una riduzione di quasi il 75%.

Durante la pandemia di COVID-19, Pfizer ha utilizzato la tecnologia dell'intelligenza artificiale per accelerare lo sviluppo del farmaco ad effetto speciale Paxlovid, riducendo addirittura il processo di sviluppo del farmaco a 4 mesi.

Nella fase preclinica, la sicurezza e le caratteristiche farmacocinetiche dei farmaci candidati possono essere previste anche sulla base di modelli di intelligenza artificiale. Sebbene l'intelligenza artificiale non possa sostituire gli esseri umani nella conduzione degli esperimenti, può anche aiutare gli scienziati a fare alcune previsioni e ad accelerare l'efficienza.

Allo stesso modo, gli esperimenti sugli esseri umani sono essenziali durante la fase di sperimentazione clinica. Ma anche l'intelligenza artificiale può svolgere un ruolo. Ad esempio, quando si reclutano volontari, l'intelligenza artificiale può effettuare ricerche direttamente nelle cartelle cliniche elettroniche per individuare i soggetti sperimentali più adatti.

Oltre a sviluppare nuovi farmaci da 0 a 1, l'intelligenza artificiale può anche svolgere un ruolo importante nei "nuovi utilizzi di vecchi farmaci".

I farmaci già presenti sul mercato sono stati sottoposti a test di valutazione della sicurezza e dispongono di dati farmacocinetici dettagliati. Se questi farmaci potessero essere utilizzati per curare un'altra malattia, il processo sarebbe più rapido e sicuro rispetto allo sviluppo di un nuovo farmaco.

Ma gli scienziati non possono procedere senza uno scopo preciso: le tecnologie di elaborazione del linguaggio naturale e di apprendimento profondo dell'intelligenza artificiale possono essere d'aiuto in questo processo.

Sfide e prospettive dello sviluppo di farmaci basati sull'intelligenza artificiale:

Vale la pena notare che il modello di intelligenza artificiale può fare previsioni accurate sull'efficacia e la sicurezza dei farmaci, il che richiede dati di ricerca scientifica di alta qualità per garantirlo. Tuttavia, sono ancora necessari scienziati umani per valutare e testare i risultati delle previsioni dell'intelligenza artificiale.

Ma credo che con gli sforzi congiunti degli esseri umani e della tecnologia dell'intelligenza artificiale, l'industria farmaceutica subirà cambiamenti radicali e l'intelligenza artificiale promuoverà lo sviluppo di una nuova produttività di qualità nell'industria farmaceutica.

Autore: Yunjiyu Science Creation Team

Revisore: Qin Zengchang, Professore associato, Facoltà di Scienze dell'automazione e Ingegneria elettrica, Università di Beihang

L'articolo è prodotto da Science Popularization China-Creation Cultivation Program. In caso di ristampa, si prega di indicare la fonte.