Bên trong phòng lab của Terrey, huấn luyện AI để nghiên cứu thuốc chữa bệnh

Điều quan trọng nhất là, vì AI nghiên cứu thuốc được huấn luyện dựa trên dữ liệu khoa học chính xác, như cách Terrey “chụp” lại và phân tích từng phản ứng hoá học trên những cảm biến bán dẫn chuyên biệt. Vì thế nên AI nghiên cứu thuốc khó xảy ra tình trạng “loạn” như mô hình ngôn ngữ tạo ra nội dung ngôn ngữ tự nhiên dựa trên xác suất. Và mọi loại thuốc tiềm năng đều phải trải qua quá trình thử nghiệm lâm sàng, từ trong phòng thí nghiệm cho tới thử nghiệm trên tình nguyện viên, trước khi được cấp phép bán ra thị trường.

AI tạo ra thuốc như thế nào?

Những công ty và startup công nghệ sinh học như Terrey Therapeutics sẽ phải xây dựng những phòng thí nghiệm công nghệ cao để tạo ra đúng loại dữ liệu họ cần để phục vụ huấn luyện AI. Rồi từ đó, AI khi được ứng dụng sẽ có tốc độ thử nghiệm và mô phỏng tương tác giữa hoá chất và protein nhanh hơn nhiều, và đưa ra những dự đoán, xem hợp chất nào có khả năng trở thành phương thuốc mới để chữa bệnh.

Rồi khi có dữ liệu, AI tạo sinh sẽ thiết kế ra mô hình số của chuỗi phân tử hợp chất tiềm năng ấy. Mô hình số này được dịch thuật trong một phòng lab tự động hoá hoàn toàn, bào chế thành hợp chất có thật, thử nghiệm cách nó tương tác và phản ứng với protein. Kết quả âm tính hay dương tính sau đó sẽ được ghi lại và trả về cho phần mềm AI, để công cụ machine learning lại tiếp tục học, để lần sau đưa ra những dự đoán chính xác và nhanh hơn.

Hiện tại cũng đã có những loại thuốc do AI hỗ trợ con người phát triển đi vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng. Nhưng giống hệt như toàn bộ ngành công nghệ AI tạo sinh, mọi thứ vẫn còn tương đối mới mẻ và sơ khai. Nhà hoá sinh David Baker, giám đốc viện thiết kế protein thuộc đại học Washington, Mỹ cho rằng: “AI tạo sinh đang thay đổi cả ngành, nhưng quy trình tạo ra thuốc chữa bệnh vừa rắc rối lại vừa có tính nhân bản.”

AI nghiên cứu thuốc chắc chắn hữu ích

Quy trình nghiên cứu phát triển thuốc chữa bệnh từ trước tới nay, trước khi có sự hiện diện của những mô hình AI tạo sinh luôn là những quy trình đầy mồ hôi nước mắt, thử nghiệm hàng chục nghìn hợp chất tiềm năng trong nhiều năm trời may ra mới chọn được 1 hợp chất hoàn hảo nhất. Chi phí nghiên cứu thiết kế một loại thuốc chữa bệnh, từ công đoạn tìm ra đúng hợp chất cho tới thử nghiệm lâm sàng cũng phụ thuộc vào nhu cầu chữa bệnh gì, nhưng trung bình là khoảng 1 tỷ USD cho một loại thuốc, và sẽ tiêu tốn của các tập đoàn cũng như các nhà nghiên cứu từ 10 đến 15 năm.

Quan trọng hơn cả: Gần 90% tổng số hợp chất tiềm năng trở thành thuốc chữa bệnh đều thất bại ở bước thử nghiệm lâm sàng, vì chúng hoặc không đủ khả năng chữa bệnh, hoặc có những tác dụng phụ vô cùng nguy hiểm.

Những nhà nghiên cứu AI trong ngành dược đang muốn ứng dụng công nghệ của họ để cải thiện cả thời gian, chi phí và tỷ lệ thuốc mới có thể thành công.

Và nguồn kinh phí đầu tư ổn định nhất cho những startup như Terrey chính là những tập đoàn dược phẩm khổng lồ. Những tập đoàn này từ trước tới nay luôn đóng vai trò là nguồn vốn cũng như nhà đầu tư cho những đơn vị nghiên cứu nhỏ hơn. Những đơn vị phát triển AI trong ngành dược hiện nay hầu hết đều tập trung vào việc rút ngắn tốc độ nghiên cứu lý thuyết, trước khi thử nghiệm lâm sàng diễn ra. Quá trình nghiên cứu này trước đây sẽ kéo dài từ 4 đến 7 năm.

Rồi sau khi đã tìm được hợp chất mà các nhà nghiên cứu nghĩ là hoàn hảo để chữa bệnh cho con người, các tập đoàn dược khổng lồ sẽ tự triển khai quá trình thử nghiệm lâm sàng tốn kém và kéo dài cũng cỡ 7 năm.

Đối với những tập đoàn dược lớn, chiến lược hợp tác với các đơn vị nghiên cứu nhỏ vừa rẻ hơn, vừa kích thích được sáng tạo từ các đơn vị mới nổi, giống như việc đặt chuyến Uber thay vì tự mua cả một cái ô tô, theo cách so sánh của Gerardo Ubaghs Carrión, một chuyên viên đầu tư công nghệ sinh học của Bank of America Securities.

Những tập đoàn dược khổng lồ sẵn sàng chi trả cho các đơn vị hợp tác nghiên cứu những khoản tiền sau khi họ đạt được những cột mốc trong quá trình nghiên cứu, tổng giá trị có thể lên tới hàng trăm triệu USD. Rồi khi hợp chất tiềm năng trở thành thuốc bán thương mại, sẽ có cả tiền sở hữu trí tuệ dành cho những nhà nghiên cứu và các đơn vị nghiên cứu nhỏ.

Những đơn vị nào đang nổi nhất?

Hiện giờ bên cạnh Terrey, còn có những cái tên như Recursion Pharmaceuticals, Schrodinger hay Isomorphic Labs đang tạo ra những đột phá với mô hình AI dự đoán và nghiên cứu hợp chất thuốc mới. Những cũng có khác biệt cơ bản. Có bên đầu tư mạnh tay tự xây dựng phòng lab để lấy dữ liệu huấn luyện AI, nhưng cũng có bên không làm điều đó.

Isomorphic Labs chính là một phần của Google DeepMind được tách riêng. Theo các kỹ sư ở đây, mô hình AI càng tốt thì cần càng ít dữ liệu. Họ đánh cược vào sức mạnh phát triển phần mềm thay vì lượng dữ liệu vừa nhiều vừa chính xác.

Năm 2021, Google DeepMind cho ra mắt một thuật toán AI có thể dự đoán chính xác chuỗi amino acid dạng xoắn sẽ tạo ra protein hình dạng ra sao. Những hình dạng xoắn 3D này sẽ xác định nhiệm vụ của những chuỗi protein. Rồi đến tháng trước, phiên bản mới nhất của thuật toán này, AlphaFold 3 đã được giới thiệu. Nó có khả năng dự đoán chính xác cách những phân tử các hợp chất và protein tương tác với nhau như thế nào. Đây là một bước nhảy vọt để con người hiểu rõ về sinh học, và cực kỳ có giá trị trong ngành dược phẩm, vì bản thân protein chính là thứ quyết định cách tồn tại và vận hành của mọi sinh vật sống.

Max Jaderberg, giám đốc mảng AI tại Isomorphic Labs cho rằng: “Chúng tôi tập trung hơn vào việc tiếp cận phát triển điện toán. Chúng tôi cho rằng hướng đi đó còn rất nhiều thứ để khai thác.”

Còn trong khi đó, Terrey, giống như rất nhiều startup nghiên cứu AI trong ngành dược, cũng là kết quả của những năm dài nghiên cứu khoa học, kết hợp với những phát triển vượt bậc của ngành AI trong những năm trở lại đây.

Tiến sỹ Jacob Berlin, CEO Terrey, người nhận bằng tiến sỹ hoa học ở Caltech, đã theo đuổi ngành công nghệ nano và hoá học trong cả sự nghiệp của ông. Còn bản thân Terrey là kết quả của một dự án nghiên cứu hàn lâm hơn chục năm về trước, tại trung tâm nghiên cứu ung thư City of Hope ở gần Los Angeles, Mỹ.

Nếu như Isomorphic muốn hoàn thiện thuật toán AI, thì Terrey lại tập trung vào phát triển những loại thuốc dựa trên những phân tử hợp chất cỡ nhỏ, hình dạng những viên thuốc nhỏ quen thuộc, dễ uống và dễ sản xuất. Giờ này nhìn lại, phòng lab cực kỳ hiện đại và tự động hoá hoàn toàn của Terrey là ước mơ của hàng nghìn nhà khoa học hơn chục năm về trước. Thời đó, dữ liệu phải lưu trên file Excel, tự động hoá là thứ chỉ có trong mơ. Nhà đồng sáng lập kiêm trưởng khoa học gia của Terrey, Kathleen Elison nhớ lại: “Hồi đó, tôi chính là robot chứ ai.”

Nhưng đến năm 2018, thứ công nghệ Terrey cần để tạo ra phòng lab thu thập dữ liệu quy mô lớn đã thực sự chín muồi. Họ nhờ được các nhà sản xuất bên ngoài tạo ra những con chip bán dẫn siêu nhỏ do Terrey thiết kế. Và những hệ thống tự động hoá mà Terrey vận hành đều có thiết kế riêng, rồi đem in 3D theo đúng nhu cầu.

Hiện tại, Terrey đang phát triển những loại thuốc chữa những bệnh tự miễn hay viêm loét, chẳng hạn như lupus, vảy nến hay viêm khớp dạng thấp. Terrey đặt ra kế hoạch, đến năm 2026, phương thuốc mà AI của họ nghiên cứu ra sẽ đi vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng.

Theo NYTimes