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近年来，人工智能（AI）技术在蛋白质结构预测和设计领域的应用取得了显著进展，特别是在AlphaFold等工具的推动下，这一领域的突破正以前所未有的速度发生。华盛顿大学的David Baker教授团队在蛋白质设计方面取得了一系列创新成果，包括开发出快速设计新蛋白质的工具和能够针对任何蛋白质的抗体。最近，基于Baker教授团队研究的Xaira Therapeutics公司成立，该公司已经获得了超过10亿美元的融资，旨在利用AI技术彻底改变新药的发现和开发过程。
Baker教授的团队在《科学》杂志上发表了一项重要研究，他们开发的AI平台能够系统性地生成近1500万个具有药学特性的全新环肽。这些大环分子由氨基酸连接而成，具有小分子药物和抗体的特征，能够口服并穿过细胞膜靶向细胞内蛋白质。与传统的小分子药物相比，大环分子的环状结构使其更容易影响蛋白质间的相互作用，能够靶向传统药物难以触及的靶点。
尽管连接氨基酸形成大环分子具有挑战性，Baker教授的团队通过AI平台在系统性生成大环分子方面取得了突破。他们基于约130种单体骨架分子，设计出了1490万个自然界中未曾发现的新大环分子，其中约一半能够穿越细胞膜并在血液中保持稳定。为了验证这一设计策略的可靠性，研究团队化学合成了18种大环分子，并通过X光晶体学和核磁共振技术解析了它们的结构，结果发现其中15个分子的结构与AI设计的结构高度一致。
这一设计方法在新药开发中显示出巨大潜力。科学家们针对不同靶点设计了大环分子，包括癌症治疗中的重要靶点HDAC6和治疗COVID-19的病毒蛋白酶靶点Mpro，以及在多种血液癌症中起重要作用的BAK和MCL1蛋白之间的相互作用。研究结果表明，这些大环分子不仅能够抑制HDAC6和Mpro的酶活性，还能够阻碍BAK和MCL1蛋白之间的相互作用，显示出解决广泛未满足需求的潜力。
基于这项研究的核心技术，Baker教授联合创建了Vilya公司，该公司已完成5000万美元的A轮融资。Vilya公司的名字寓意着治愈的力量，Baker教授表示，Vilya的分子设计能力为开发新药物类型打开了大门，结合了传统小分子药物和基于蛋白的疗法的优势。
AI技术在新药开发中的应用正迎来转折点。除了Xaira Therapeutics和Vilya，其他公司如Generate:Biomedicines和Isomorphic Labs也在利用AI技术进行新药开发，并获得了巨额资金支持。行业专家认为，AI和机器学习有望对药物发现和开发产生深远影响。然而，AI制药技术尚未推动任何创新药物成功上市，实验和临床验证仍然是必不可少的步骤。AI平台的算法需要不断迭代和更新，以接受更广泛、更准确的数据集训练。为了更好地协助新药研发，可能需要更少但更正确的数据集。AI算法需要学会从化学结构等数据中学习，以发挥最大潜力。同时，产业与监管机构之间需要更多的沟通，以促进AI在药物发现和开发中的潜力实现，为患者带来更多新药好药。
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