عازمون على بناء آلة تورينج في الكيمياء! شركة Chemify للأدوية القائمة على الذكاء الاصطناعي تطور أول مُجمِّع كيميائي في العالم وتدخل السوق الأمريكية
في البحث العلمي، غالبًا ما نحتاج إلى قراءة الكثير من الأدبيات ومحاولة إعادة إنتاج نتائج أبحاث أسلافنا، ولكن في معظم الحالات، فإن "إعادة تتبع مسار أسلافنا" ليس بالأمر السهل.
في عام 2012، قام الباحثون في شركة أمجين، إحدى أكبر شركات التكنولوجيا الحيوية في العالم، بالتحقق من 53 ورقة بحثية "مهمة" في مجالات ذات صلة، على أمل استخدام هذه الدراسات كأساس لتطوير الأدوية. وكانت النتائج صادمة، إذ لم تنجح سوى 6 أبحاث في اجتياز عملية التحقق، مما أثار جدلاً واسع النطاق بين الجمهور. ولم يتم الاستشهاد بهذه النتائج المهمة التي فشلت في اجتياز التحقق على نطاق واسع فحسب، بل أدت أيضًا إلى ظهور كمية كبيرة من "الأدبيات الثانوية". إن الموقف المذكور أعلاه حدث بالفعل في المجال الطبي الذي يؤثر بشكل مباشر على حياة الإنسان وصحته، مما يدل على مدى رعبه.
إن إمكانية تكرار نتائج البحث وإمكانية التحقق منها هي متطلبات أساسية للبحث العلمي.ومع ذلك، فإن العوامل الدقيقة مثل الاختلافات في المعدات التجريبية، وجودة الكواشف، والتغيرات في الظروف التجريبية، وأخطاء القراءة قد تؤثر على النتائج التجريبية النهائية. لقد كانت القدرة على إعادة الإنتاج دائمًا أحد التحديات الكبرى التي تواجه مجال البحث العلمي.
يعتقد ليروي كرونين، مؤسس شركة Chemify وأستاذ الكيمياء في جامعة غلاسكو، أنه إذا تمكنا من الحصول على مجموعة من الطرق القياسية لتصنيع جزيئات الأدوية، فسوف نتمكن من توليد عدد كبير من النتائج الممكنة بناءً على ذلك. اقتراحه هو تعزيز التحول الرقمي في الكيمياء.وهذا يعني دمج الحوسبة الكيميائية والذكاء الاصطناعي والروبوتات والأتمتة وما إلى ذلك في البحث الكيميائي، وتصنيع الجزيئات باستخدام أجهزة أو طرق موحدة.
وبعبارة بسيطة، يتلخص الأمر في استخدام الذكاء الاصطناعي لاستكشاف الفضاء الكيميائي الواسع، والوصول إلى تريليونات التركيبات الممكنة من العناصر الطبيعية وإنشاءها. يتم تحويل المعلومات الكيميائية للجزيئات المرشحة إلى رموز يمكن للروبوت فهمها، مما يسمح للروبوت بإجراء عمليات مثل إضافة الكواشف، ومعالجة ما بعد التفاعل، وفصل المنتج، والتنقية. بمجرد التوصل إلى اكتشاف ما، يمكن تخزين إحداثيات الجزيء الجديد على هيئة رمز يمكن استخدامه مرارا وتكرارا، مما يضمن الاتساق وإمكانية تكرار العملية الروبوتية. كما هو موضح في الشكل أدناه،خلال العملية بأكملها، كل ما يحتاجه البشر هو "البدء بنقرة واحدة".
لقد تم تحقيق كل ما سبق في Chemify. تأسست شركة Chemify في عام 2022 كشركة فرعية من جامعة جلاسكو كشركة كيميائية بريطانية عالية التقنية.لقد طورت أول "آلة تورينج الكيميائية" في العالم، وأول مُجمِّع كيميائي في العالم، وما إلى ذلك، وهي ملتزمة بتحقيق رقمنة الكيمياء على نطاق عالمي من خلال دمج أحدث التقنيات العالية في البحث والتطوير الجزيئي.
بفضل أبحاثها الرائدة، تم اختيار الشركة كأبرز شركة ناشئة في مجال تطوير الأدوية لثلاث مرات متتالية في أقل من عامين منذ إنشائها. وأعربت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة الأمريكية وشركة بلو يارد كابيتال وجهات أخرى عن دعمها. بالإضافة إلى ذلك، حصلت شركة Chemify على 43 مليون دولار في التمويل بقيادة شركة Triatomic Capital، وفي أكتوبر/تشرين الأول من هذا العام، قامت مؤسسة Bill & Melinda Gates أيضًا باستثمارات إضافية.
الموقع الرسمي لشركة Chemify:
وقال كرونين: "هناك الكثير من الناس الذين يعملون على اكتشاف الأدوية باستخدام الذكاء الاصطناعي، وهناك الكثير من الناس الذين يعملون في مجال الكيمياء، ولكن شركة Chemify تمتلك أول كمبيوتر كيميائي يمكنه تحويل الجزيئات إلى كود والرمز إلى جزيئات، ويمكنه صنع الجزيئات بنقرة زر واحدة".
هل تريد بناء آلة تورينج الخاصة بالكيمياء؟
كان دمج أحدث التقنيات في البحث الكيميائي حلم كرونين منذ طفولته: "عندما كنت في الثامنة من عمري، رغبتُ في تفكيك أجزاء من الغسالة والتلفزيون وإعادة تجميعها في جهاز كمبيوتر جديد. ولمنعي من تدمير المنزل، اشترى لي والدي مجموعة من معدات التجارب الكيميائية، فبدأتُ أحاول دمج هذه المعدات مع الأجزاء الإلكترونية المجمعة."
بعد حصوله على درجة الدكتوراه في الكيمياء من جامعة يورك، واصل كرونين العمل في مجال الكيمياء، واكتشف أن الفضاء الكيميائي "أكبر من الفضاء الخارجي"، ولكن معظم الكيميائيين يقضون وقتهم في القيام بأعمال أساسية معروفة. على سبيل المثال، لا يعد تصنيع الجزيئات المعروفة يدويًا عملية تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب جهدًا مكثفًا فحسب، بل إنها تشكل أيضًا مخاطر تتعلق بالسلامة (مثل السمية أو الانفجار). إذا تمكنا من إيجاد طريقة لتصنيع الجزيئات المستهدفة تلقائيًا وفقًا لاحتياجاتنا، فسوف يتحرر الكيميائيون من الأعمال اليومية وسيتمكنون من القيام بأبحاث أكثر إبداعًا.
قد يكون من الممكن تحقيق هذا الهدف من خلال بناء عائلة من الروبوتات المعيارية القادرة على فهم وتنفيذ العمليات الكيميائية.ومع ذلك، قبل أكثر من عقد من الزمان، كان من المستحيل بناء روبوت كيميائي عالمي قادر على صنع أي جزيء، لأن التفاعلات الكيميائية معقدة للغاية وغير متوقعة، والتعليمات المستخدمة في صنع الجزيئات غالبًا ما تكون غامضة أو غير كاملة، ومن المستحيل إعادة إنتاجها مرات عديدة.
ويعتقد كرونين أن هذه المشاكل قابلة للحل. "أظهر آخرون أن آلة تورينج العالمية قادرة من الناحية النظرية على إجراء جميع العمليات الحسابية التي يمكن تصورها.فلماذا لا نبني آلة تورينج كيميائية عالمية لإجراء العمليات الحسابية الكيميائية (الحساب الكيميائي)، وبالتالي الحصول على الشفرات الكيميائية وبعض الكواشف المدخلة، وتوجيه الروبوتات لصنع جزيئات حقيقية؟
اقترح تورينج، أبو علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي، مفهوم آلة تورينج العالمية في عام 1936. هذه الآلة المثالية مجهزة بذاكرة لا نهائية (شريط ورقي لا نهائي) وماسح ضوئي يتحرك ذهابًا وإيابًا على طول الشريط الورقي، ويقرأ المحتوى المطبوع على الشريط، ثم يطبع المزيد من المحتوى. قبل البدء بالحساب، يتم طباعة برنامج الماكينة والبيانات المطلوبة للحساب على شريط ورقي. من خلال تحديد برامج مختلفة مخزنة على شريط الورق، يمكن للمشغل السماح للآلة بأداء مجموعة متنوعة من المهام، مثل الحسابات الرياضية، ومعالجة النصوص، والشطرنج.
من وجهة نظر كرونين، من الممكن أن يمتلك مجتمع الكيمياء أيضًا آلة تورينج خاصة به.ويعتقد أن آلة تورينج الكيميائية هذه قادرة على دفع الروبوتات مباشرة لتصنيع جزيئات حقيقية من خلال تعليمات موحدة، مما يخفض إلى حد كبير عتبة التجارب الكيميائية ويجعل تركيب الجزيئات المعقدة أكثر كفاءة وشعبية.
تطوير أول مُجمِّع كيميائي في العالم لتمكين اكتشاف الأدوية تلقائيًا
مستوحى من آلة تورينج العالمية، شكل كرونين فريق بحث مكون من 65 شخصًا أثناء وجوده في جامعة غلاسكو. كان لدى الفريق ميزانية سنوية بلغت نحو 5 ملايين دولار، وتم استثمار حوالي نصف الموارد في تطوير "آلة تورينج الكيميائية".
وفي رؤيته، ينبغي أن يتكون النظام من الأجزاء التالية: زجاجات الكواشف، والقوارير ذات القاع المستدير، ومكونات الترشيح وفصل السائل إلى سائل، والمعدات المادية مثل المبخرات الدوارة، والأنابيب والصمامات والمضخات لنقل المواد الكيميائية، وبرامج الكمبيوتر ذات الصلة.
في عام ٢٠١٣ تقريبًا، حضرتُ مؤتمرًا أكاديميًا حول هندسة المواد غير العضوية، ووجدتُ أن أحدهم استخدم طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة كرات تنس الطاولة. ظننتُ أنهم عباقرة، لأنهم ألهموني لاستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة أنابيب الاختبار والقوارير وغيرها. في الأيام التالية، دعوتُ أيضًا بعض مصممي الهندسة لتصميم معدات ذات صلة، مثل المضخات والصمامات، كما قال كرونين في مقابلة.
من حيث البرمجيات، قام فريق Cronin بتطوير أول مُجمِّع كيميائي في العالم، Chempiler، باستخدام XDL كلغة برمجة محددة.مثل المترجمين الذين نستخدمهم بشكل شائع، يمكن لبرنامج Chempiler أيضًا تحويل اللغة الأصلية إلى لغة أخرى يمكن للآلة فهمها، أي تحويل اللغة الكيميائية إلى تعليمات برمجية.
لغة البرمجة الكيميائية XDL:
على وجه التحديد، يمكن لـ Chempiler تجميع الخطوات التجريبية والمعدات والمواد وما إلى ذلك للمختبرات الكيميائية تلقائيًا، بالإضافة إلى تجميع المعلومات الكيميائية ذات الصلة من أوراق البحث ووضع علامة على الأجزاء الغامضة من الأوراق. بعد حل جميع الغموض،يقوم Chempiler بتحويل هذه المعلومات الكيميائية إلى رمز، مما يوجه الروبوت لأداء عمليات دقيقة.وفي هذه العملية، يتم استخدام تقنية الذكاء الاصطناعي للمساعدة في فحص أفضل الجزيئات المستهدفة، وتحسين العائدات، وتحسين الكفاءة، وتشكيل دورة تصميم وتصنيع واختبار وتحليل آلية بالكامل.
ربما تكون منصة أتمتة Chemify هي الأسهل في الاستخدام والوصول. وهو يعتمد على الأدوات التقليدية التي استخدمها الكيميائيون منذ قرون، مثل الأكواب وأنابيب الاختبار، ويتبع نهجًا يعتمد على الدفعات خطوة بخطوة لإجراء التجارب. ويأمل كرونين أن يكون النظام متوافقًا على نطاق واسع، وهو ما يعني أنه يمكن استخدامه مع أي روبوت كيميائي.
ومن الجدير بالذكر أنه في المختبرات الكيميائية التقليدية، غالبًا ما يكون من الصعب تكرار العديد من النتائج التجريبية، ولكن في مختبر Chemify، فإن الوضع مختلف تمامًا. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكيميائية هنا تنفيذ كل خطوة بدقة، وهذه العملية الموحدة تجعل العملية التجريبية بأكملها موثوقة للغاية.
وعلى الرغم من أن كرونين يشير إلى أن أي مختبر تقريباً يمكنه بناء مثل هذا النظام الآلي بتكلفة أقل من 10 آلاف دولار، فإن العديد من الكيميائيين يظلون متحفظين. ولإثبات قيمة وإمكانات هذا النظام،وقد نجح فريق كرونين في استخدام هذه المنصة لتصنيع العديد من الأدوية المهمة، بما في ذلك هيدروكلوريد ديفينهيدرامين، وروفيناميد، وسيلدينافيل.
الورق الأصلي:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav2211
شركة Chemify على وشك دخول السوق الأمريكية
في الوقت الحالي، يمتلك الفريق 25 نظامًا روبوتيًا مختلفًا يمكنها العمل في مجالات تخليق الأدوية العضوية، واكتشاف المواد الطاقية، واكتشاف المواد النانوية، واكتشاف الصياغة، وما إلى ذلك، مما جذب اهتمام وتعاون العديد من الشركات.
وفي أكتوبر/تشرين الأول من هذا العام، أقامت مؤسسة بيل وميليندا جيتس شراكة معها لتطوير أدوية جديدة لعلاج مرض السل والملاريا.
وفي هذا الصدد، قال كرونين: "يؤثر السل والملاريا على ملايين الأرواح سنويًا. وبفضل الدعم المالي من مؤسسة بيل وميليندا جيتس، يُمكننا استخدام تكنولوجيا الكيمياء الرقمية لتسريع اكتشاف علاجات جديدة تعتمد على جزيئات صغيرة".
وترى شركات أخرى أيضًا الإمكانات الهائلة التي تتمتع بها الأدوية المخصصة التي تقدمها شركة Chemify. في يناير من هذا العام،تتعاون شركة Chemify أيضًا مع مختبرات Prepaire™ لتطوير مسكنات الألم الأفيونية غير المسببة للإدمان، وعلاجات إدمان المواد الأفيونية،استجابة لدعوة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، فإننا نهدف إلى سد الفجوة في علاج الإدمان على المخدرات.
Prepaire هي شركة تكنولوجيا طبية تركز على اكتشاف الأدوية التي تدمج التعلم العميق وعلم الأحياء لتطوير نماذج تنبؤية تعتمد على علم الوراثة والبيانات السريرية. وتخطط الشركتان لدمج تكنولوجيا الحوسبة الكيميائية الخاصة بشركة Chemify ومنصة تطوير الأدوية الخاصة بشركة Prepaire بهدف تعزيز تطوير المسكنات الآمنة وغير المسببة للإدمان. قال الدكتور فيسنت ريباس، المؤسس المشارك لشركة Prepaire: "سيتيح لنا العمل مع Chemify دمج منصتنا مع أساليبها في استكشاف الفضاء الكيميائي للحصول على مواد كيميائية جديدة. آمل أن أتوسع في المستقبل في تطوير المزيد من الأدوية، بما يتجاوز مسكنات الألم".
الموقع الرسمي لـ Prepaire:
بالإضافة إلى ذلك، في عام 2023،كما تعاونت شركة Chemify مع شركة Dewpoint Therapeutics لتطوير الأدوية المتعلقة بعلم الأورام والأمراض العصبية التنكسية.ويستخدم الطرفان تقنية الذكاء الاصطناعي ومنصة الأتمتة الخاصة بشركة Chemify لتصميم واكتشاف وتوليف الجزيئات المعقدة حسب الطلب من خلال "لغة البرمجة الكيميائية". أعرب الرئيس التنفيذي لشركة Dewpoint، أميت ناثواني، عن الكثير من التوقعات: "توفر لنا Chemify مسارًا جديدًا تمامًا لتطوير الكيمياء التي نعمل على تحسينها".
وتواصل شركة Chemify أيضًا بذل الجهود لتوسيع سوقها الدولية بشكل أكبر. هذا العام، دعت الشركة الدكتور كيفن ماكجوان للانضمام إلى فريق العمل كرئيس تجاري. يحمل هذا الخبير الكبير في الصناعة درجة الدكتوراه. حصل على درجة البكالوريوس في الكيمياء من جامعة فلوريدا، وماجستير إدارة الأعمال من جامعة ديوك، وبكالوريوس العلوم في الكيمياء من جامعة ديوك. شغل منصب نائب رئيس النمو في مجال الأدوية الحيوية ونائب الرئيس الأول للشؤون التجارية في العديد من الشركات بما في ذلك Blink Health وEvozyne. يعتقد كرونين أنإن انضمام كيفن من شأنه أن يساهم في تسريع تخطيط الشركة في السوق الأمريكية وتعزيز تطوير الشركة بشكل أكبر.
سيكون التكامل العميق بين الذكاء الاصطناعي والرعاية الطبية هو الاتجاه العام
لقد شارك أحد طلاب الدكتوراه لدى كرونين بحماس ذات مرة: "يمكننا إجراء آلاف التجارب كل يوم لأن الآلة تقوم دائمًا بتنفيذ جميع الخطوات". كل هذا بفضل التكنولوجيا الأساسية لـ Chemify، وهي منصة تجمع بشكل مثالي بين الكيمياء والتكنولوجيا المتطورة (أجهزة الكمبيوتر، والذكاء الاصطناعي، والروبوتات، وما إلى ذلك).
في الواقع، منذ وقت مبكر من تسعينيات القرن العشرين، حاولت شركات الأدوية تصميم أنظمة يمكنها إجراء تجارب متعددة بالتوازي، ولكن بسبب القيود المفروضة على الخوارزميات وجودة البيانات في ذلك الوقت، كان هذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى "القمامة الداخلة والقمامة الخارجة". اليوم،مع التطور السريع للذكاء الاصطناعي، إلى جانب المعدات الروبوتية الآلية الفريدة من نوعها التي تقدمها شركة Chemify، تتغير طريقة اكتشاف الأدوية والمواد بشكل كامل.
لقد أشار ديميس هاسابيس، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة جوجل ديب مايند، بحماس ذات مرة: "إن أول شيء سيفعله الذكاء الاصطناعي للبشرية هو علاج مئات الأمراض".
وبالمقارنة مع الدماغ البشري، تتمتع الذكاء الاصطناعي بميزة طبيعية تتمثل في كونها "أسرع وأكثر دقة"، ويمكنها إكمال المهام المعقدة والشاقة بكفاءة، مما يظهر إمكانات تطبيقية كبيرة في مجال البحث والتطوير الدوائي. في مايو/أيار من هذا العام، قامت مجموعة بوسطن الاستشارية بتحليل خطوط الأنابيب السريرية لأكثر من 100 شركة أدوية تعتمد على الذكاء الاصطناعي، ووجدت أن معدل نجاح جزيئات الأدوية التي تم اكتشافها بواسطة الذكاء الاصطناعي تضاعف، ليصل إلى 80%-90% في التجارب السريرية للمرحلة الأولى. ومن المتوقع أن تعمل الذكاء الاصطناعي تدريجيا على كسر عنق الزجاجة في مجال البحث والتطوير في مجال الأدوية.
وتُظهر البيانات العامة أنه بحلول نهاية عام 2023، شاركت أكثر من 800 شركة حول العالم في مجال الأدوية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي، بما في ذلك شركات عملاقة من قائمة فورتشن 500 مثل أسترازينيكا وجونسون آند جونسون. سواء كان الأمر يتعلق بالتعاون الاستراتيجي أو الاستثمار في الأسهم، فقد أصبح الذكاء الاصطناعي المحرك الأساسي للتنمية الصناعية.في المستقبل، سيكون التكامل العميق بين الذكاء الاصطناعي والرعاية الطبية هو الاتجاه العام.ومن المؤكد أن هذا من شأنه أن يقود عملية التحديث الذكي لصناعة الطب بأكملها. وتكمن أهمية هذا التغيير ليس فقط في التقدم التكنولوجي، بل أيضاً في الرؤية الجميلة لتحسين صحة الإنسان.
مراجع:
https://wallstreetcn.com/articles/3714784
https://stcn.com/article/detail/1248297.html
https://bigthink.com/the-well/life-chemistry-aliens/
https://www.youtube.com/watch?v=ZecQ64l-gKM
https://news.qq.com/rain/a/20221215A01QZA00
https://www.chem.gla.ac.uk/cronin/news/digitalization-of-chemistry/
https://cx.wanfangdata.com.cn/cnris/zk_huangxiaoru/20211104/640939288627773440.html
https://www.discovermagazine.com/te