Разрабатывает лекарства и ставит диагнозы: как искусственный интеллект меняет будущее медицины
Попытки расшифровать ДНК: ИИ в биомедицине на рубеже веков
В 1977 году английский биохимик Фредерик Сэнгер предложил первый технологический метод чтения ДНК для расшифровки генетического кода, получив за это Нобелевскую премию в 1980-м. В течение следующих сорока лет этот метод оставался самым распространенным, но был дорогим и трудоемким.
В 2007-2008 годах молекулы ДНК стали нарезаться на множество маленьких кусочков, что упростило процесс чтения и значительно снизило стоимость. Этот технологический прорыв в прочтении генома сравним с появлением первых персональных компьютеров по научному, технологическому и экономическому эффектам.
В ДНК заложена вся информация об организме человека, и именно прогресс в его расшифровке позволил начать создавать индивидуальные методы лечения. Исследовательские лаборатории и био-фарм компании стали использовать геномные эксперименты для изучения внутриклеточных механизмов и процессов.
Чем же так особенны биологические данные
С 2008 года наметился колоссальный рост объема сгенерированных геномных данных, которые стало сложно хранить и обрабатывать. Поэтому фармацевтическим компаниям пришлось оптимизировать технологические процессы для чтения не полного генома, а только отдельных его областей, важных для решения конкретной задачи.
Инновации в ИИ меняют рынок медицинских и биологических приложений
С началом быстрого роста генерации новых биомедицинских данных резко увеличился спектр задач, для исследования которых может применяться искусственный интеллект.
В 2012-2014 годах появились компании (Exscientia, Benevolent AI, Insilico Medicine), основная бизнес-идея которых заключалась в моделировании биологического микромира (структур частиц, молекул и взаимодействий между ними) с целью проектирования и разработки новых лекарств с помощью ИИ.
Моделирование структур — очень сложная задача, поэтому первая версия модели с высокой точностью предсказания процессов сворачивания разных белков внутри клетки AlphaFold была выпущена только в 2018 году. А первые препараты, спроектированные с использованием ИИ, дошли до первой фазы клинических исследований только в 2022 году, спустя 8-9 лет после начала работ.
Как в медицине применяются языковые модели и компьютерное зрение
Главным технологическим достижением последних лет стали генеративные модели и большие языковые модели. На сегодняшний день они еще не успели получить широкого применения в клинической практике, но стали областью проведения активных исследований. В 2022 году Google Research выпустили большую языковую модель Med-PaLM, которая стала первой языковой моделью успешно «сдавшей» медицинский экзамен, что повлекло дальнейший повышенный интерес к разработкам в этой области.
Также в решении биомедицинских задач сегодня активно применяются системы компьютерного зрения, например, для диагностики рака, включая опухоли мозга, анализа травм опорно-двигательного аппарата, включая переломы и смещения костной ткани, которые сложно обнаружить стандартными технологиями; диагностики неврологических нарушений, выявления нарушений сердечно-сосудистой системы.
Одним из лидеров направления создания моделей компьютерного зрения для разработки систем диагностики онкологических новообразований является компания Paige AI. Для тренировки своих моделей команда использовала более миллиарда патологических снимков, покрывающих широкий спектр раковых опухолей.
Система Paige AI по выявлению рака простаты является первой, и на сегодняшний момент единственной, системой первичной диагностики рака простаты, основанной на ИИ, получившей разрешение FDA на клиническое применение. Также в компании разрабатывают аналогичный пакет моделей для рака молочной железы.
Успешные кейсы применения АI в биомедицине
Существуют и более медицинские научные исследования, связанные с моделированием процессов в организме и его реакцией на различные терапии. Такие разработки находят применение в дизайне и разработке новых лекарств и в оптимизации клинических исследований.
Например, в 2012 году была основана компания Exscientia, которая стала активно использовать искусственный интеллект для проектирования новых лекарственных препаратов. В конце 2022 года она получила разрешение на проведение первой фазы клинического исследования нового противоракового препарата в Европе, а в июле 2023 года первый пациент получил дозу препарата. Это одно из первых в отрасли лекарств, разработанных с использованием ИИ, поступивших в клинику.
Сейчас появились компании, которые активно интегрируют биомедицинские данные совершенно разных типов в единую комплексную модель. Например, в Zephyr AI объединяют генетические молекулярные данные с информацией из медицинских карт, чтобы более точно моделировать фундаментальные биохимические молекулярные взаимодействия. Это позволило создать высококачественные модели предсказания того, насколько успешно пациент с онкологическим заболеванием отреагирует на терапию, основываясь на моделировании биохимических взаимодействий между препаратом и белками внутри раковых клеток. Также компания занимается моделированием развития диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и хронической болезни почек.
Конечно, сегодня существует задержка выхода биомедицинских приложений на рынок, по сравнению с тем, как быстро появляются AI-продукты в других областях. Это связано с необходимостью кастомизировать общие решения под биомедицинские задачи и с проверками регуляторных органов. С другой стороны, очевидно, что разные технологические решения в области ИИ, такие как обработка естественного языка или компьютерное зрение, все чаще применяются в решении вопросов биомедицины.