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AI模型精準(zhǔn)識(shí)別基因與藥物靶點(diǎn)
作者：張夢(mèng)然  來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
山東拓普生物工程有限公司  http://m.xhztyn.cn
美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種名為PDGrapher的人工智能（AI）模型，能夠精準(zhǔn)識(shí)別可逆轉(zhuǎn)細(xì)胞疾病狀態(tài)的基因與藥物靶點(diǎn)，有望徹底改變藥物發(fā)現(xiàn)的路徑。該成果發(fā)表在新一期《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上。
與傳統(tǒng)藥物研發(fā)聚焦單一蛋白質(zhì)靶點(diǎn)不同，PDGrapher通過(guò)分析疾病的多重驅(qū)動(dòng)因素，系統(tǒng)性地預(yù)測(cè)最有可能將患病細(xì)胞恢復(fù)至健康狀態(tài)的治療策略，并推薦最佳的單一或聯(lián)合靶點(diǎn)。該工具現(xiàn)已免費(fèi)向科學(xué)界開放。
研究團(tuán)隊(duì)表示，傳統(tǒng)的藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程就像品嘗數(shù)百道菜肴，只為找到一道味道最完美的。而PDGrapher更像一位精通烹飪的大廚，很清楚最終想要的風(fēng)味，并知道如何搭配食材來(lái)實(shí)現(xiàn)它。
PDGrapher是一種圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，屬于AI的一種。它不僅分析單個(gè)基因或蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)，更關(guān)注它們之間的復(fù)雜聯(lián)系與相互影響。該模型構(gòu)建細(xì)胞內(nèi)基因、蛋白質(zhì)和信號(hào)通路的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，模擬干預(yù)特定靶點(diǎn)后對(duì)細(xì)胞整體功能的影響，從而預(yù)測(cè)哪些組合能有效糾正功能障礙，恢復(fù)健康的細(xì)胞行為。
團(tuán)隊(duì)使用治療前后患病細(xì)胞的大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練PDGrapher，使其學(xué)習(xí)如何將細(xì)胞從疾病狀態(tài)逆轉(zhuǎn)為健康狀態(tài)。隨后，他們?cè)诤�蓋11種癌癥的19個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)集上進(jìn)行測(cè)試，要求模型預(yù)測(cè)其從未接觸過(guò)的細(xì)胞樣本和癌癥類型的治療方案。結(jié)果表明，PDGrapher不僅能準(zhǔn)確識(shí)別已知有效的藥物靶點(diǎn)（這些靶點(diǎn)在訓(xùn)練中被刻意排除，以防止模型簡(jiǎn)單記憶），還預(yù)測(cè)了多個(gè)有新證據(jù)支持的候選靶點(diǎn)。例如，模型將KDR（VEGFR2）列為非小細(xì)胞肺癌的潛在靶點(diǎn)，與現(xiàn)有臨床證據(jù)一致；同時(shí)識(shí)別出TOP2A（一種已被現(xiàn)有化療藥物靶向的酶）作為遏制非小細(xì)胞肺癌轉(zhuǎn)移的靶點(diǎn)，這與近期臨床前研究的發(fā)現(xiàn)相符。
與其他同類AI工具相比，PDGrapher在準(zhǔn)確性和效率上均表現(xiàn)卓越。在未見過(guò)的數(shù)據(jù)集中，其對(duì)正確治療靶點(diǎn)的預(yù)測(cè)排名高出其他模型35%，且運(yùn)算速度比現(xiàn)有方法快25倍。
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