瑞德西韦是一种广泛的抗病毒药物药物治疗它最近被美国食品和药物管理局批准用于治疗新型冠状病毒肺炎．该团队表明，瑞德西韦与利托那韦和洛匹那韦的联合治疗比单独使用瑞德西韦的有限疗效要有效6.5倍。利托那韦和洛匹那韦是治疗人类免疫缺陷病毒(HIV)患者的药物，但根据新加坡国立大学研究组的研究和在中国、欧洲和美国的临床试验，这两种药物本身对COVID-19的效果几乎没有。在今年4月进行的实验中，被认为有希望的治疗药物羟氯喹和阿奇霉素作为新冠肺炎的治疗药物，效果相对较差。
该研究团队由新加坡国立大学N.1健康研究所和数字医学研究所(WisDM)所长何迪安教授共同领导，他们使用了名为“IDentif”的平台。AI(利用人工智能优化传染病联合治疗)将调查12种潜在的候选药物，代表超过53万种可能的药物组合。这种最佳药物组合的确定工作在两周内完成，将通常需要进行的测试次数减少了数十万次。
这项工作是新加坡国立大学——包括来自新加坡癌症科学研究所和新加坡国立大学药学系的研究人员——以及来自渗透(知识扩散)和上海交通大学的研究人员之间的合作。
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更快地找到更有效的药物组合
本研究采用患者来源的活体SARS-CoV-2测试一组12种药物。这些药物是:瑞德西韦，法匹拉韦，洛匹那韦，利托那韦(利托那韦和洛匹那韦一起给HIV患者使用)，奥司他韦，羟氯喹，氯喹，阿奇霉素，氯沙坦，替科普拉宁，利巴韦林，和地塞米松。目前正在进行COVID-19治疗临床试验的许多研究也使用了所使用的药物。
在传统的药物筛选中，一组这样的12种药物，每种药物有10种不同的剂量，代表了一个包含1万亿种可能组合的参数空间。使用IDentif。人工智能, the research team was able to determine that testing only three different dose levels were needed for each drug. While this still represents 531,000 possible combinations, the team was also able to reduce the numbers of experiments needed by three orders of magnitude and complete the entire study within two weeks.
“IDentif。人工智能is unlike traditional AI as we do not use pre-existing data or in silico modeling to train algorithms and predict drug combinations,” said Prof Ho, who is also the Head of the NUS Department of Biomedical Engineering.
“IDentif。人工智能is unique in that we obtain the data that we need through carefully designed experiments in order to arrive at a ranked list of actionable and optimised regimens."
考虑到正在研究的不同候选药物的多样性，以及需要评估药物组合的不同排列和各自的剂量，需要大量的数据来优化药物开发根本不存在。“IDentif。人工智能is unique in that we obtain the data that we need through carefully designed experiments in order to arrive at a ranked list of actionable and optimised regimens,” added Prof Ho.
虽然人工智能正在治疗领域积极探索，但目前的努力主要是针对药物发现和再利用。然而，重新利用的候选药物不太可能单独有效。“随着疫情的出现，没有足够的时间开发新药。与此同时，重新利用药物治疗侵袭性传染病是一项挑战，因为真正优化结果往往涉及有效地创造联合疗法。随着每一天的过去，将有更多的患者被感染，这一数字可能会迅速攀升，给医疗系统和经济带来沉重负担，”何教授团队的高级研究员、论文的共同第一作者阿加塔·布拉西克(Agata Blasiak)博士解释说。
IDentif。人工智能addresses this problem by interrogating extraordinarily large parameter spaces and pinpointing the best possible combinations to give to patients. This can be accomplished rapidly. “Depending on the assay and the viral pathogen, this can all be done within two weeks. In the future, IDentif.AI may also help the community avoid suboptimal drug combinations,” added Dr Blasiak.
关键结果
特定剂量的瑞德西韦、洛匹那韦和利托那韦是排名靠前的组合，几乎完全抑制了感染。与其他药物相比，单独使用瑞德西韦的抑制效果最好，而最佳组合的抑制效果提高了6.5倍。IDentif。人工智能was able to harness an unforeseen interaction between remdesivir, lopinavir, and ritonavir that experimentally shown to markedly increase efficacy. Therefore, IDentif.AI may be leveraged to realise unexpected drug combinations based on drugs that are ineffective as monotherapies in order to optimise treatment.
此外，该研究还发现，羟氯喹和阿奇霉素(另一种被广泛研究的组合药物)相对无效。这与以往绝大多数研究不同，之前的研究表明这是一种体外对抗SARS-CoV-2的有效组合。然而，这些研究使用了非常高的剂量，这对患者来说是非常有害的。最近的临床结果表明，与标准治疗相比，这种联合治疗导致更多的患者死亡。
下一个步骤
本研究的结果证明了IDentif的威力。人工智能to rapidly discover optimal drug combinations for infectious diseases.
为了更深入地了解本研究所探索的广泛组合，研究团队开发了IDentif。人工智能Online, an interactive resource that allows users to build different drug combinations online and observe corresponding efficacy and safety data for research purposes. This resource will be updated continuously as additional IDentif.AI studies are conducted with additional therapies and viral strains.
该团队还准备扩展IDentif。人工智能towards locally available therapies to develop novel combinations that can be rapidly deployed and administered easily, and may also use it to find optimal treatments against other infectious diseases in future. “With IDentif.AI, we will always be ready to rapidly find optimal therapeutic solutions for the next outbreak,” concluded Prof Ho.
这项研究的结果发表在生物工程与转化医学“，．
来源:新加坡国立大学
