Forscher des IBM Reseach Center Zürich wollen mit der neuen Plattform RoboRXN for Chemistry die Entwicklung von Medikamenten beschleunigen. Dies könnte helfen, schnell einen Impfstoff gegen Covid-19 zu finden.
Wer hats erfunden? Die Schweiz festigt ihren guten Ruf als
Forschungsstandort: Das IBM Reseach Center Zürich hat mit RoboRXN for Chemistry
eine kostenlose KI-Plattform vorgestellt, mit der die Kosten und der
Zeitaufwand für die Modulsynthese und die Arzneimittelentdeckung reduziert
werden sollen. Das könnte ein potenziell leistungsstarkes Werkzeug im Kampf
gegen COVID-19 werden.
Eine übersichtliche Darstellung dazu gibt es in diesem kurzen Video auf YouTube
Aktuell laufen klinische Studien in Deutschland,
Großbritannien, den USA, Südkorea und Russland, um rasch einen Impfstoff gegen
COVID-19 zu finden. Russland ist vorgeprescht, was jedoch Kritik auf sich zog.
Mediziner glauben, dass es von entscheidender Bedeutung ist,
gründliche Tests durchzuführen, insbesondere wenn der Impfstoff an Personen in
Hochrisikogruppen oder an Personen, die an bereits bestehenden Krankheiten
leiden, verabreicht werden soll.
Projekte, die sich auf COVID-19 konzentrieren, haben
möglicherweise das Potenzial, die Pandemie einzudämmen. Angesichts der
dringenden Notwendigkeit, wirksame Therapien zu finden oder zu entwickeln,
untersuchen Forschungsteams, wie Rechenleistung und neue Technologien den
Prozess der Arzneimittelentwicklung beschleunigen können.
Computermodelle können den Wissenschaftlern Einblick in den
wahrscheinlichen Erfolg eines Medikaments bei der Bekämpfung einer Krankheit
geben. Daher kann sie eine entscheidende Komponente sein, wenn es darum geht,
experimentelle Medikamente schnell von der Erprobungsphase zur behördlichen
Zulassung zu bringen. Man muss jedoch von Anfang an mit der chemischen
Zusammensetzung beginnen.
IBM hat dazu RoboRXN for Chemistry vorgestellt, einen
kostenlosen KI-Dienst zur Vorhersage chemischer Reaktionen und der Entwicklung
von Molekülen. Mit diesem System lassen sich Wege zur Hemmung von Proteinen zu
finden, die mit dem neuartigen Coronavirus assoziiert sind.
Wenn es um die Herstellung von Medikamenten geht, dauert es
laut IBM im Durchschnitt zehn Jahre, bis ein neues Material oder Medikament
entdeckt und auf den Markt gebracht wird und erfordert mindestens zehn Millionen
Dollar an Finanzmitteln. Ziel von IBM ist es, diesen Zeitraum auf ein Jahr und eine
Million Dollar zu verkürzen.
IBM RoboRXN for Chemistry bringt Cloud, Künstliche
Intelligenz (KI) und Automatisierung zusammen, um komplexe organisch-chemische
Reaktionen vorherzusagen, insbesondere unbekannte organisch-chemische
Reaktionen und Synthesen, die den Weg für neue Arzneimittelentdeckungen ebnen
könnten.
Teodoro Laino, Researcher, Manager bei IBM Research Europe in
Zürich, erklärt: „Ein Chemiker könnte von zu Hause ein Molekül herstellen, und
nachdem er sich über einen Webbrowser mit RoboRXN für die Chemie verbunden hat,
zeichnet er das Molekül. RoboRXN würde dann optimale wissenschaftliche Routen
und das beste kommerziell verfügbare Ausgangsmaterial empfehlen. Einmal
eingereicht, würde RoboRXN sich selbst so programmieren, dass es "den
Prozess in einem autonomen Labor ausführt". Mit anderen Worten, die
Experimente könnten mit der richtigen Integration und dem richtigen Hardware-Setup
ferngesteuert durchgeführt werden.
In einer Demo verglichen IBM-Forscher den Prozess mit dem Backen
eines Apfelkuchens. Jede Komponente - wie zum Beispiel der Kuchen - erfordert
einen bestimmten Satz von Anweisungen.
RoboRXN kann Anweisungen aus der veröffentlichten Literatur
über Molekültypen und -reaktionen akzeptieren, einfach durch Ausschneiden und
Einfügen durch Chemiker, oder das System kann empfehlen, wie ein Experiment
durchgeführt werden sollte.
Drei KI-Modelle wurden für diese Aufgabe trainiert: Das
erste konzentriert sich auf die retrosynthetische Analyse und die Bestimmung
der "Zutaten" - einschließlich kommerziell erhältlicher Vorläufer -
und die Übersetzung textbasierter Beschreibungen in das, was Laino als
"Satz von Atomen" beschreibt.
Das zweite und dritte Modell konzentriert sich auf
Syntheseaktionen, wobei ein Datensatz aus Millionen von chemischen Reaktionen
genutzt wird, der bereits in der Literatur und in Patenten veröffentlicht
wurde. Zu den Prozessen können Konzentration, Rühren, Spülleitungen über Sole,
Temperaturänderungen und das Hinzufügen verschiedener Verbindungen gehören.
In Tests hat IBM eine Genauigkeitsrate von 90 % ermittelt,
und obwohl das Rätsel der Blackbox - der Versuch zu verstehen, wie ein
KI-Algorithmus Entscheidungen trifft - immer noch ein Problem darstellt, sagt
das Team, es gebe "fortlaufende Bemühungen", die Transparenz der
Entscheidungsfindung seiner Modelle zu verbessern.
Laino betont, dass die Plattform die Materialentdeckung
beschleunigen kann und auch den traditionellen Chemiebereich zu einem
High-Tech-Geschäft machen könnte.
Als Hardware-unabhängige und skalierbare Lösung könne
RoboRXN nicht nur für einen Chemiker, der wegen der Pandemie gezwungen ist, zu
Hause zu bleiben, sondern auch für große Organisationen ein wertvolles Werkzeug
sein, so die IBM-Forscher.
In Zukunft könnte sich RoboRXN eher zu einer on-Premises und
Private Cloud als zu einer Public Cloud-Lösung entwickeln, und möglicherweise
könnte das System auch als Chemie as a Service Angebot für das Unternehmen
etabliert werden.
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