Bào chế thuốc được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo

Sự gia tăng quan tâm gần đây đến việc sử dụng các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) để nhắm mục tiêu nghiên cứu, khám phá và phát triển thuốc không có gì ngạc nhiên khi nó được triển khai rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau.

Việc sử dụng AI để phân tích hiệu quả một lượng lớn dữ liệu và xác định các mẫu liên quan, không dễ bị phát hiện bởi con người có thể giúp thiết kế các phân tử nhỏ với các đặc tính mong muốn, và do đó giúp vượt qua nút thắt chính trong việc đưa thuốc mới vào phòng khám. Công nghệ này có tiềm năng làm cho quá trình khám phá thuốc nhanh hơn, tiết kiệm nhiều năm nghiên cứu, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn, nhắm mục tiêu tốt hơn và cụ thể hơn, đưa việc sàng lọc tính toán thuốc lên cấp độ tiếp theo. AI mang đến hy vọng đưa các loại thuốc mới, có thể được cá nhân hóa, nhanh hơn nhiều ra thị trường và có khả năng ở mức giá phải chăng hơn. Đại dịch Covid-19 đã cung cấp một bằng chứng hữu hình về tiềm năng và lợi ích thực sự mang lại cho ngành thông qua ứng dụng công nghệ AI.

Lĩnh vực này dựa trên các xu hướng công nghệ mới nổi như: Trí tuệ nhân tạo, khớp thần kinh / não nhân tạo, phòng thí nghiệm trên chip (Lab-on-a-chip), tin sinh học, chỉnh sửa gen, kiểm soát biểu hiện gen, phân phối thuốc, công nghệ thay đổi biểu sinh, microbiome, nhắm mục tiêu các con đường chết của tế bào.

Vắcxin đầu tiên được bào chế bằng trí tuệ nhân tạo

Năm 2019, lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học Australia đã tạo ra một vaccine cúm hoàn toàn mới nhờ công nghệ AI. Các nhà khoa học tại Đại học Flinders ở Australia đã nghiên cứu loại vaccine cúm mới với khả năng tăng cường miễn dịch cho con người bằng cách tạo ra nhiều kháng thể chống lại virus cúm hơn so với vaccine thông thường. Nhờ vậy, vaccine này đem lại kết quả điều trị hữu hiệu hơn. Giáo sư Nikolai Petrovsky, Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, đầu tiên, nhóm của ông đã tạo ra một chương trình máy tính có tên gọi là SAM và lập trình sẵn cho phần mềm này cách nhận biết vaccine có tác dụng chống lại bệnh cúm hay không. Sau đó, họ tạo một chương trình máy tính khác để tạo ra hàng nghìn tỷ hợp chất ảo.

Công nghệ AI sẽ sử dụng cả 2 chương trình này để kết hợp, so sánh, phân tích và đưa ra một danh sách gồm 10 loại hợp chất khả dĩ nhất. Ưu điểm của công nghệ AI là không chỉ tăng tốc quá trình nghiên cứu mà còn tìm ra các hợp chất hiệu quả nhất. Nhờ vậy, thay vì phải trực tiếp sàng lọc hàng triệu hợp chất, các nhà khoa học chỉ cần nghiên cứu một số nhỏ trong đó. Chỉ mất vài tuần để tổng hợp chúng và tiến hành thử nghiệm trên máu người. Các hợp chất sau đó đã trải qua thử nghiệm trên động vật và hiện đang được tiến hành trên cơ thể người. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm quốc gia Mỹ (NIAID).

Thông thường, để phát triển một vaccine cúm, các công ty lớn sẽ phải trải qua quá trình sàng lọc hàng triệu hợp chất với hàng nghìn người làm việc liên tục trong khoảng 5 năm. Với quá trình phức tạp và tốn kém như vậy, chi phí cho một sản phẩm có giá hàng trăm triệu USD, Giáo sư Petrovsky chia sẻ. Ngược lại, với sự trợ giúp của công nghệ AI, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Petrovsky chỉ mất khoảng 2 năm để nghiên cứu, phát triển loại vaccine này. Nhóm nghiên cứu hy vọng vaccine mới này sẽ được thương mại hóa góp phần đẩy lùi căn bệnh cúm, nhất là cúm theo mùa.

Trong năm 2020, nhờ sử dụng AI, Công ty khởi nghiệp Exscientia của Anh và Công ty dược phẩm Nhật Bản Sumitomo Dainippon Pharma đã “phát minh” một phân tử thuốc có thể thử nghiệm ở người. Đây là lần đầu tiên trên thế giới công nghệ máy học được áp dụng trong ngành dược, hứa hẹn đẩy nhanh tiến độ bào chế thuốc so với quy trình truyền thống. Theo đó, phân tử có tên DSP-1181 được tạo ra bằng cách sử dụng các thuật toán để sàng lọc các hợp chất tiềm năng, kiểm tra chúng dựa vào một cơ sở dữ liệu khổng lồ nhằm tìm ra các phân tử phù hợp để chế tạo chính xác loại thuốc đang cần. Loại thuốc đầu tiên điều chế bằng AI này sẽ được đưa vào thử nghiệm giai đoạn 1 tại Nhật Bản để điều trị cho những người mắc chứng rối loạn ám ảnh cưỡng chế (OCD), nếu thành công, sẽ được thử nghiệm rộng khắp toàn cầu.

Thông thường, việc phát triển thuốc mất khoảng 5 năm mới tiến tới thử nghiệm, nhưng thuốc điều chế bằng AI chỉ mất 12 tháng. Giám đốc điều hành Exscienta, Giáo sư Andrew Hopkins, gọi đây là một “cột mốc quan trọng trong lĩnh vực phát triển thuốc”. Chúng ta từng thấy AI được áp dụng trong chẩn đoán bệnh, phân tích dữ liệu và hình ảnh y khoa, nhưng đây là cách sử dụng trực tiếp AI để tạo ra thuốc mới. Hiện hai công ty đang nghiên cứu các loại thuốc tiềm năng chữa bệnh ung thư và tim mạch. Giáo sư Hopkins cho rằng sẽ có nhiều loại thuốc được thiết kế bằng AI nhưng đến cuối thập kỷ này, tất cả các loại thuốc mới đều có thể được tạo ra nhờ công nghệ này.

P.A.T (tổng hợp)