Entschlossen, Eine Turingmaschine in Der Chemie Zu Bauen! Das KI-Pharmaunternehmen Chemify Entwickelt Den Weltweit Ersten Chemikalien-Compiler Und Betritt Den US-Markt
In der wissenschaftlichen Forschung müssen wir oft viel Literatur lesen und versuchen, die Forschungsergebnisse unserer Vorgänger zu reproduzieren. In den meisten Fällen ist es jedoch nicht einfach, „den Weg unserer Vorgänger nachzuvollziehen“.
Im Jahr 2012 überprüften Forscher bei Amgen, einem der weltweit größten Biotechnologieunternehmen, 53 bahnbrechende Arbeiten in verwandten Bereichen und hofften, diese Studien als Grundlage für die Entwicklung neuer Medikamente nutzen zu können. Die Ergebnisse waren schockierend: Nur sechs Arbeiten bestanden die Prüfung, was in der Öffentlichkeit große Kontroversen auslöste. Diese wichtigen Ergebnisse, die der Überprüfung nicht standhielten, wurden nicht nur häufig zitiert, sondern führten auch zu einer großen Menge an „Sekundärliteratur“. Die oben beschriebene Situation ereignete sich tatsächlich im medizinischen Bereich, der direkte Auswirkungen auf das Leben und die Gesundheit von Menschen hat, was zeigt, wie erschreckend sie ist.
Die Wiederholbarkeit und Überprüfbarkeit von Forschungsergebnissen sind Grundvoraussetzungen wissenschaftlicher Forschung.Allerdings können subtile Faktoren wie Unterschiede in der Versuchsausrüstung, der Qualität der Reagenzien, Änderungen der Versuchsbedingungen und Ablesefehler die endgültigen Versuchsergebnisse beeinflussen. Die Reproduzierbarkeit war schon immer eine große Herausforderung im Bereich der wissenschaftlichen Forschung.
Leroy Cronin, Gründer von Chemify und Professor für Chemie an der Universität Glasgow, ist davon überzeugt, dass wir auf Grundlage einer Reihe von Standardmethoden zur Herstellung von Arzneimittelmolekülen eine große Zahl umsetzbarer Ergebnisse erzielen können. Sein Vorschlag ist, die Digitalisierung der Chemie voranzutreiben.Das bedeutet, chemische Computertechnik, künstliche Intelligenz, Robotik, Automatisierung usw. in die chemische Forschung zu integrieren und Moleküle mit standardisierter Hardware oder standardisierten Methoden zu synthetisieren.
Einfach ausgedrückt geht es darum, mithilfe von KI den riesigen chemischen Raum zu erforschen und auf Billionen möglicher Kombinationen natürlicher Elemente zuzugreifen und diese zu erstellen. Die chemischen Informationen der Kandidatenmoleküle werden in Codes umgewandelt, die der Roboter verstehen kann, sodass der Roboter Vorgänge wie Reagenzienzugabe, Nachreaktionsverarbeitung, Produkttrennung und Reinigung durchführen kann. Sobald eine Entdeckung gemacht wurde, können die Koordinaten des neuen Moleküls als Code gespeichert werden, der immer wieder verwendet werden kann, wodurch die Konsistenz und Reproduzierbarkeit des Roboterprozesses sichergestellt wird. Wie in der Abbildung unten gezeigt,Während des gesamten Prozesses genügt es für den Menschen, „mit einem Klick zu starten“.
All dies wurde bei Chemify erreicht. Chemify wurde 2022 als Spin-off der Universität Glasgow als britisches Hightech-Chemieunternehmen gegründet.Es hat die weltweit erste „chemische Turingmaschine“, den weltweit ersten chemischen Compiler usw. entwickelt und setzt sich dafür ein, die Digitalisierung der Chemie auf globaler Ebene zu realisieren, indem es die neueste Hochtechnologie in die molekulare Forschung und Entwicklung integriert.
Dank seiner bahnbrechenden Forschung wurde das Unternehmen seit seiner Gründung in weniger als zwei Jahren dreimal in Folge zum bemerkenswertesten Startup in der Arzneimittelentwicklung gewählt. Die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency, BlueYard Capital und andere haben ihre Unterstützung zum Ausdruck gebracht. Darüber hinaus erhielt Chemify eine Finanzierung in Höhe von 43 Millionen US-Dollar unter der Leitung von Triatomic Capital und im Oktober dieses Jahres tätigte auch die Bill & Melinda Gates Foundation zusätzliche Investitionen.
Offizielle Chemify-Website:
„Viele Menschen arbeiten an der KI-basierten Arzneimittelforschung, und viele Menschen beschäftigen sich mit Chemie, aber Chemify verfügt über den ersten Chemiecomputer, der Moleküle in Code und Code in Moleküle umwandeln und auf Knopfdruck Moleküle herstellen kann“, sagte Cronin.
Möchten Sie die eigene Turingmaschine der Chemie bauen
Spitzentechnologie in die chemische Forschung zu integrieren, war schon seit seiner Kindheit Cronins Traum: „Als ich acht Jahre alt war, wollte ich bestimmte Teile der Waschmaschine und des Fernsehers auseinandernehmen und daraus einen neuen Computer zusammenbauen. Um zu verhindern, dass ich das Haus auf den Kopf stellen musste, kaufte mir mein Vater ein Set mit chemischen Experimentiergeräten. Also begann ich zu versuchen, das Experimentiergerät mit den gesammelten elektronischen Teilen zu kombinieren.“
Nachdem er an der York University in Chemie promoviert hatte, arbeitete Cronin weiter auf dem Gebiet der Chemie und entdeckte, dass der chemische Raum sogar „größer als der Weltraum“ ist. Die meisten Chemiker verbringen ihre Zeit jedoch mit bekannter Grundlagenarbeit. Beispielsweise ist die manuelle Synthese bekannter Moleküle nicht nur zeit- und arbeitsintensiv, sondern birgt auch Sicherheitsrisiken (wie Toxizität oder Explosion). Wenn wir einen Weg finden, Zielmoleküle automatisch entsprechend unseren Anforderungen zu synthetisieren, werden Chemiker von ihren täglichen Aufgaben entlastet und können kreativere Forschung betreiben.
Dieses Ziel könnte durch den Bau einer Familie modularer Roboter erreicht werden, die chemische Manipulationen verstehen und durchführen können.Vor über einem Jahrzehnt war es jedoch unmöglich, einen universellen Chemieroboter zu bauen, der jedes beliebige Molekül herstellen könnte, da chemische Reaktionen äußerst komplex und unvorhersehbar sind und die Anweisungen zur Herstellung von Molekülen oft vage oder unvollständig sind und es unmöglich ist, sie mehrmals zu reproduzieren.
Cronin glaubt, dass diese Probleme lösbar sind. „Andere haben gezeigt, dass eine universelle Turingmaschine theoretisch alle denkbaren Berechnungen durchführen kann.Warum also bauen wir nicht eine universelle chemische Turingmaschine, die chemische Berechnungen (Chemputation) durchführt, wodurch wir chemische Codes und einige Eingangsreagenzien erhalten und Roboter anweisen, echte Moleküle herzustellen?“
Turing, der Vater der Informatik und der künstlichen Intelligenz, schlug 1936 das Konzept einer universellen Turingmaschine vor. Diese idealisierte Maschine ist mit einem unendlichen Speicher (einem unendlichen Papierstreifen) und einem Scanner ausgestattet, der sich entlang des Papierstreifens vor und zurück bewegt, den auf dem Streifen gedruckten Inhalt liest und weiteren Inhalt ausdruckt. Vor Beginn der Berechnung werden das Maschinenprogramm und die für die Berechnung erforderlichen Daten auf Lochstreifen ausgedruckt. Durch Auswahl verschiedener auf dem Lochstreifen gespeicherter Programme kann der Bediener die Maschine verschiedene Aufgaben ausführen lassen, beispielsweise mathematische Berechnungen, Textverarbeitung und Schach.
Nach Cronins Ansicht könnte auch die Chemiegemeinschaft über eine eigene Turingmaschine verfügen.Er glaubt, dass diese chemische Turingmaschine Roboter direkt antreiben kann, um anhand standardisierter Anweisungen echte Moleküle herzustellen, wodurch die Hemmschwelle für chemische Experimente erheblich gesenkt und die Synthese komplexer Moleküle effizienter und populärer gemacht wird.
Entwicklung des weltweit ersten chemischen Compilers zur automatisierten Arzneimittelentdeckung
Inspiriert von der universellen Turingmaschine stellte Cronin während seines Studiums an der Universität Glasgow ein 65-köpfiges Forschungsteam zusammen. Das Team verfügte über ein Jahresbudget von fast 5 Millionen Dollar und etwa die Hälfte der Mittel wurde in die Entwicklung der „chemischen Turingmaschine“ investiert.
Seiner Vision zufolge sollte das System aus den folgenden Teilen bestehen: Flaschen mit Reagenzien, Rundkolben, Komponenten zur Filtration und Flüssig-Flüssig-Trennung, physikalischer Ausrüstung wie Rotationsverdampfern, Schläuchen, Ventilen und Pumpen zum Transport der Chemikalien sowie den zugehörigen Softwareprogrammen.
„Um 2013 besuchte ich zufällig eine wissenschaftliche Konferenz zur Architektur anorganischer Materialien und erfuhr, dass jemand mit einem 3D-Drucker Tischtennisbälle gedruckt hatte. Ich hielt sie für Genies, weil sie mich dazu inspirierten, mit einem 3D-Drucker Reagenzgläser, Kolben usw. zu drucken. In den darauffolgenden Tagen lud ich auch einige Konstrukteure ein, entsprechende Geräte wie Pumpen und Ventile zu entwerfen“, sagte Cronin in einem Interview.
In Bezug auf die Software entwickelte das Cronin-Team den weltweit ersten chemischen Compiler, Chempiler, wobei XDL als spezifische Programmiersprache verwendet wurde.Wie unsere häufig verwendeten Compiler kann Chempiler auch die Originalsprache in eine andere Sprache konvertieren, die die Maschine verstehen kann, d. h. die chemische Sprache in Codeanweisungen umwandeln.
XDL – Chemische Programmiersprache:
Insbesondere kann Chempiler automatisch die experimentellen Schritte, Geräte, Materialien usw. von Chemielabors zusammenstellen sowie relevante chemische Informationen aus Forschungsarbeiten zusammenstellen und mehrdeutige Teile der Arbeiten markieren. Nachdem alle Unklarheiten beseitigt sind,Chempiler wandelt diese chemischen Informationen in Code um und weist den Roboter an, präzise Operationen auszuführen.In diesem Prozess wird KI-Technologie eingesetzt, um die besten Zielmoleküle herauszufiltern, die Erträge zu optimieren und die Effizienz zu verbessern, wodurch ein vollständig automatisierter Zyklus aus Design, Herstellung, Prüfung und Analyse entsteht.
Die Automatisierungsplattform von Chemify ist wahrscheinlich die am einfachsten zu verwendende und zugängliche. Es basiert auf den traditionellen Werkzeugen, die Chemiker seit Jahrhunderten verwenden, wie etwa Bechern und Reagenzgläsern, und verfolgt einen chargenbasierten, schrittweisen Ansatz zur Durchführung von Experimenten. Cronin hofft, dass das System weitgehend kompatibel sein wird, d. h., dass es mit jedem Chemieroboter verwendet werden kann.
Es ist erwähnenswert, dass in herkömmlichen Chemielabors viele Versuchsergebnisse oft schwer zu wiederholen sind, im Labor von Chemify ist die Situation jedoch ganz anders. Die Chemiecomputer hier können jeden Schritt präzise ausführen und dieser standardisierte Prozess macht den gesamten Versuchsablauf äußerst zuverlässig.
Obwohl Cronin darauf hinweist, dass fast jedes Labor ein solches automatisiertes System für weniger als 10.000 Dollar bauen könnte, bleiben viele Chemiker zurückhaltend. Um den Wert und das Potenzial dieses Systems zu beweisen,Cronins Team nutzte diese Plattform erfolgreich zur Synthese mehrerer wichtiger Medikamente, darunter Diphenhydraminhydrochlorid, Rufinamid und Sildenafil.
Originalarbeit:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav2211
Chemify steht kurz vor dem Eintritt in den US-Markt
Derzeit verfügt das Team über 25 verschiedene Robotersysteme, die in den Bereichen organische Arzneimittelsynthese, Entdeckung von Energiematerialien, Entdeckung von Nanomaterialien, Entdeckung von Formulierungen usw. eingesetzt werden können, was das Interesse und die Zusammenarbeit vieler Unternehmen geweckt hat.
Im Oktober dieses Jahres ging die Bill & Melinda Gates Foundation eine Partnerschaft mit dem Unternehmen ein, um neue Medikamente zur Behandlung von Tuberkulose und Malaria zu entwickeln.
In diesem Zusammenhang sagte Cronin: „Tuberkulose und Malaria betreffen jedes Jahr Millionen von Menschenleben. Mit der finanziellen Unterstützung der Bill & Melinda Gates Foundation können wir die Technologie der digitalen Chemie nutzen, um die Entdeckung neuer Therapien auf Basis kleiner Moleküle zu beschleunigen.“
Auch andere Unternehmen erkennen das Potenzial der maßgeschneiderten personalisierten Medikamente von Chemify. Im Januar dieses JahresChemify arbeitet außerdem mit Prepaire™ Labs zusammen, um nicht süchtig machende Opioid-Schmerzmittel und Behandlungen für Opioidabhängigkeit zu entwickeln,Als Reaktion auf den Aufruf der US-amerikanischen FDA wollen wir die Lücke in der Behandlung von Drogenabhängigkeit schließen.
Prepaire ist ein auf die Arzneimittelforschung spezialisiertes Medizintechnikunternehmen, das Deep Learning und Biologie integriert, um auf genetischen und klinischen Daten basierende Vorhersagemodelle zu entwickeln. Die beiden Parteien planen, die chemische Computertechnologie von Chemify und die Arzneimittelentwicklungsplattform von Prepaire zu kombinieren, um gemeinsam die Entwicklung sichererer, nicht süchtig machender Schmerzmittel voranzutreiben. Dr. Vicent Ribas, Mitbegründer von Prepaire, sagte: „Die Zusammenarbeit mit Chemify wird es uns ermöglichen, unsere Plattform mit deren Methoden zur chemischen Weltraumforschung zu integrieren, um neue Chemikalien zu gewinnen. Ich hoffe, diese Methode in Zukunft auf die Entwicklung weiterer Medikamente über Schmerzmittel hinaus ausweiten zu können.“
Offizielle Website von Preparee:
Darüber hinaus werden im Jahr 2023Chemify hat außerdem mit Dewpoint Therapeutics zusammengearbeitet, um Medikamente für die Onkologie und neurodegenerative Erkrankungen zu entwickeln.Die beiden Parteien nutzen die KI-Technologie und Automatisierungsplattform von Chemify, um mithilfe einer „chemischen Programmiersprache“ komplexe Moleküle nach Bedarf zu entwerfen, zu entdecken und zu synthetisieren. Dewpoint-CEO Ameet Nathwani ist voller Erwartungen: „Chemify bietet uns einen völlig neuen Weg, die Chemie, die wir optimieren, weiterzuentwickeln.“
Darüber hinaus unternimmt Chemify weiterhin Anstrengungen, seinen internationalen Markt weiter auszubauen. In diesem Jahr lud das Unternehmen Dr. Kevin McGowan ein, dem Team als Chief Commercial Officer beizutreten. Dieser erfahrene Branchenexperte verfügt über einen Doktortitel. in Chemie von der University of Florida, einen MBA von der Duke University und einen Bachelor of Science in Chemie von der Duke University. Er war Vice President of Biopharmaceutical Growth und Senior Vice President of Commercial Affairs bei mehreren Unternehmen, darunter Blink Health und Evozyne. Cronin glaubt, dassDer Eintritt von Kevin wird die Expansion des Unternehmens auf dem US-Markt beschleunigen und die weitere Entwicklung des Unternehmens fördern.
Die tiefe Integration von KI und medizinischer Versorgung wird der allgemeine Trend sein
Einer von Cronins Doktoranden erzählte einmal begeistert: „Wir können jeden Tag Tausende von Experimenten durchführen, weil die Maschine ständig alle Schritte ausführt.“ All dies ist der Kerntechnologie von Chemify zu verdanken, einer Plattform, die Chemie perfekt mit Spitzentechnologie (Computer, KI, Roboter usw.) kombiniert.
Tatsächlich versuchten Pharmaunternehmen bereits in den 1990er Jahren, Systeme zu entwickeln, mit denen mehrere Experimente parallel durchgeführt werden konnten. Aufgrund der damaligen Einschränkungen bei den Algorithmen und der Datenqualität kam es dabei jedoch häufig zu „Garbage in, Garbage out“. Heute,Durch die rasante Entwicklung der künstlichen Intelligenz und die einzigartige automatisierte Roboterausrüstung von Chemify verändert sich die Art und Weise, wie Medikamente und Materialien entdeckt werden, völlig.
Demis Hassabis, Mitbegründer und CEO von Google DeepMind, stellte einmal begeistert fest: „Das Erste, was künstliche Intelligenz für die Menschheit tun wird, ist die Heilung von Hunderten von Krankheiten.“
Im Vergleich zum menschlichen Gehirn hat die KI den natürlichen Vorteil, „schneller und genauer“ zu sein und komplexe und schwierige Aufgaben effizient erledigen zu können, was ein großes Anwendungspotenzial im Bereich der Arzneimittelforschung und -entwicklung zeigt. Im Mai dieses Jahres analysierte die Boston Consulting Group die klinischen Pipelines von mehr als 100 KI-Pharmaunternehmen und stellte fest, dass sich die Erfolgsrate der durch KI entdeckten Arzneimittelmoleküle verdoppelt hat und in klinischen Studien der Phase I einen Wert von 80%-90% erreicht hat. Es ist abzusehen, dass KI den Engpass in der Arzneimittelforschung und -entwicklung allmählich durchbricht.
Öffentliche Daten zeigen, dass bis Ende 2023 weltweit mehr als 800 Unternehmen im Bereich der KI-Pharmazeutika tätig waren, darunter Fortune 500-Giganten wie AstraZeneca und Johnson & Johnson. Ob strategische Kooperation oder Kapitalbeteiligungen: KI ist zum zentralen Motor der industriellen Entwicklung geworden.In Zukunft wird die tiefe Integration von KI und medizinischer Versorgung der allgemeine Trend sein.Es wird sicherlich die intelligente Modernisierung der gesamten Medizinbranche vorantreiben. Die Bedeutung dieses Wandels liegt nicht nur im technologischen Fortschritt, sondern auch in der schönen Vision einer Verbesserung der menschlichen Gesundheit.
Quellen:
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