大學教AI素養

「有點肉麻」的新藥夢 北醫大癌藥實驗室自己寫程式,研發量能6倍跳

【AI素養:創新創意】AI讓實驗室出現顛覆性轉變,原本一次只能開發1種藥物,現在可以一次研究6種。懷著實現癌症、失智症藥物治療的夢想,懂藥又能寫程式的雙棲人才誕生。

AI-教育特刊-北醫-新藥-失智症-癌症 北醫大醫學科技學院院長潘秀玲(中)召集生物資訊、藥理研究人才,跨領域團隊再加上AI模型,3年來催生數十個新穎小分子藥物。圖片來源:王建棟攝
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台北醫學大學研究生楊淳麟從小有個發明夢,希望做出有益於人類社會的新發明。

「說出來有點肉麻,」楊淳麟雖自我解嘲,其實已踏上新藥研發之路,他期待癌症、失智症的藥物治療,能在科學家和AI的協作下,現出曙光。

啟蒙楊淳麟的是一門A I開發新藥的課程。當時他還是藥學系大學生,Python程式語言才剛入門,就要運用AI模型找出能抑制癌細胞的化合物。

眼見AI模型吐出一種又一種化學元素組成的分子結構,猶如開挖寶藏的過程,學生們接手分析這些化合物,確認它們的治療價值。

楊淳麟樂在其中,當化合物如他所預期,能命中癌細胞,成就感更是不言而喻。

這份成就感,引領他攻讀北醫癌症生物學與藥物研發研究所,並加入醫學科技學院院長潘秀玲的實驗室。

【小檔案】潘秀玲

  • 現職/台北醫學大學醫學科技學院院長兼特聘教授
  • 出生/1968年
  • 學歷/台大醫學院藥理學研究所博士
  • 經歷/北醫大新藥研發產業博士學位學程主任、國衛院生技藥研所助研究員
  • 教學改變/AI大數據分析,提供多種創新藥物結構設計方向
  • AI心法/接納整合不同專業人員的回饋,模型更精準、讓創新落地

實驗室外急需雙棲人才

潘秀玲和癌藥所教授許凱程,是新藥研發AI模型的共同開發者。潘秀玲貢獻藥物驗證至臨床試驗的經驗,具生物資訊背景的許凱程則負責AI藥物設計技術面。

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3年前,兩人開始培養學生運用資料科學的能力,練習與AI協作進行藥物研發。「我們要為未來而教,」潘秀玲表示,既懂藥物設計、又懂程式設計的人才目前相當稀少,但靠AI加速藥物研發已是大勢所趨。

或因如此,已經有新藥開發的業者急著向潘秀玲攬才,排隊等候實驗室畢業的跨領域人才加入。

潘秀玲團隊實驗室裡,有人面對電腦建立與優化AI模型,有人熱絡討論著化學合成;另有一組人培養癌細胞,他們像大隊接力的最後一棒,測試所研發的小分子,驗證藥物殺害癌細胞的效力。

開發新藥是漫長的大隊接力,生物、化學、藥理的專業人才必須在每一階段把關,不斷給回饋,才能讓AI模型的精準度愈來愈接近博學、實驗經驗豐富的「老師傅」,提升合成、試驗的成功率。

這也是為什麼,研究團隊要親自學習程式語言,無法外包工程師。潘秀玲指出,「我們已經嘗試非常、非常多次,一般工程師真的聽不懂『藥物的語言』。」

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激發跨域溝通、腦內風暴

追求精準已難如登天,開發新藥還要講究創新。由於化學式排列組合有無限多種,AI一次就能分析上萬種,且彈指間即可完成。也就是說,在AI輔助之下,能拓展更多研究者想破腦袋、翻遍文獻都找不到的可能性,楊淳麟形容這是「意外之喜」。

對潘秀玲來說,這也是藥物創新、取得專利的關鍵。新藥研發長期受限於人力與資金,禁不起失敗,只能小規模試做;研究人員也容易囿限於過去的經驗,導致藥物設計趨於保守、多數有潛力的化合物只能被塵封於冰櫃。

如今,AI能推薦前所未見、但理論上可行的化學結構。不過,負責合成的化學家不見得買單,許凱程表示,「他們會覺得過去30年都沒做過,又那麼難合成,為什麼要相信AI?」這相當考驗研究團隊跨領域溝通的能力、對創新的堅持。

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在AI掀起生技藥廠的產業革命以前,導入AI的實驗室先掀起一陣跨領域的腦內風暴。癌藥所博士後研究員杜皇儒說,隨著藥物研發的效率提升、成本降低,實驗室能同時開出多條戰線,讓研究戰場變得更廣。

潘秀玲實驗室團隊正在開發6種藥物,同樣人力在過去最多就做1種藥物,「當你只專注在1個題目上,思考也跟著窄化,好像從井底看世界,」杜皇儒表示,如今跨組討論的氛圍熱絡起來,實驗的心胸也更加開放。

研發效率增,勇敢試錯吧

AI加速創新,也加速學生成長的腳步,熱忱和創意不因道阻且長就放棄。潘秀玲秀出研究團隊與AI協作3年的成績單——20多個具細胞驗證有效、兼具新穎性的小分子藥物,「過去1到3年頂多做出1個。」

為培養更多雙棲藥物研發、程式開發的人才,潘秀玲向下扎根,連續兩年辦理高中生營隊「新藥探索超新星Supernova科普培訓營」。去年全台共105所高中、近400位高中生報名甄選,最後錄取了一百人參與。

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營隊中,癌藥所教授與助教向高中生介紹新藥開發流程,展示AI模型,再帶學生參觀藥廠、學習銷售。從上游體驗到下游,讓懷著發明夢的學子明白,真實世界挑戰艱鉅,尤其創新研發是從無到有,沒有標準答案。

雖然AI能輔助研究人員在短時間內完成藥物篩選、結構優化等研發步驟,距離藥品商品化、用於治療,仍有遙遠距離。

已經身歷其境的楊淳麟依然對未來抱持期待,他表示,科技工具持續進展,實驗結果的預測力會跟著提升,「就勇敢試錯吧!」

(雜誌原標題為:研發量能6倍跳 催生藥界資料科學家/責任編輯:曹凱婷)

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