怀斯研究所的新催化剂拥抱AI领域以推动创新与合作
（波士顿）——人工智能（AI）正在迅速渗透现代技术领域。尽管其崛起在更广泛的社会中常引发争议和谨慎态度，但许多生命科学领域的研究者视AI为机遇的源泉。研究人员和创新者越来越渴望利用其潜力，加速变革性药物、诊断工具和医疗设备的研发，从而开启医疗保健领域准确性和效率的新纪元。在过去的16年里，哈佛大学怀斯生物启发工程研究所一直走在生命科学创新的前沿，经常开发出实现新发现和推进生物医学领域进展所需的工具。秉承这一精神，怀斯的科学家和工程师一直在挖掘AI在药物发现和开发中的早期潜力，其中一些成果正通过我们内部的研究团队和初创公司向临床和患者推进。在怀斯，随着我们的“创新漏斗”中新项目的不断发展，我们继续探索AI如何让更多患者接近有效的治疗。
怀斯计算科学家梅根·斯佩里在一次小组讨论中描述了她如何将AI方法融入她的工作中。参与讨论的还有怀斯业务发展总监郑艾莉（Ally Chang）、怀斯核心教员吉姆·柯林斯（Jim Collins）、Revalia Bio联合创始人兼怀斯导师米拉德·阿鲁科扎伊（Milad Alucozai）、科利律师事务所合伙人马杜里·罗伊（Madhuri Roy）、Dyno Therapeutics首席执行官兼联合创始人埃里克·凯尔西克（Eric Kelsic），以及Lila Sciences联合创始人兼企业发展主管亚历克斯·斯奈德（Alex Sneider）。图片来源：哈佛大学怀斯研究所
介绍转化人工智能催化剂
认识到AI在生物医学领域的巨大潜力和现实挑战，怀斯研究所优化了我们的AI方法，并推出了转化人工智能催化剂——一项全所范围的努力，旨在通过有效且负责任地应用新的计算方法，同时利用机器学习算法生成独特的生物数据集，来推动和加速创新。我们将应用AI增强应用驱动型科学，应对从识别新疗法到开发新诊断能力，再到阻碍可持续未来的环境挑战等一系列医疗保健问题。
转化人工智能催化剂由怀斯核心教员吉姆·柯林斯博士领导，他的实验室在怀斯研究所和麻省理工学院（MIT）长期使用AI推动科学发展，此外还有怀斯计算生物学家梅根·斯佩里博士和怀斯业务发展总监郑艾莉博士（工商管理硕士）。
“怀斯是一个独特的地方来进行这类工作，因为我们的生物工程师和生命科学家正在生成并向计算科学家提供大量关于相关疾病模型和化学相互作用的数据，使我们能够解锁新的发现，”柯林斯说。“没有人是在真空或孤立环境中工作的。”柯林斯同时也是麻省理工学院的特默尔医学工程与科学教授。
“AI有潜力改变我们理解和应对复杂挑战的方式。在怀斯，我们正在探索其推动创新和创造影响力解决方案的能力，并坚定承诺以道德和有意义的方式使用它，”斯佩里表示。
AI有潜力改变我们理解和应对复杂挑战的方式。
——梅根·斯佩里
一个独特的AI赋能科学生态系统
怀斯科学家兼高级技术团队成员梅根·斯佩里在论坛参观期间向参与者介绍了她的工作，地点是被称为“沼泽”的地方，在那里，非洲爪蟾蝌蚪和斑马鱼正在推动药物发现的快速进展。梅根的工作结合了人类数据和活体模型系统，揭示复杂疾病的成因，并加速慢性疲劳、焦虑和抑郁等病症的治疗——开启了女性健康创新的新时代。图片来源：哈佛大学怀斯研究所
基于怀斯研究所强大的协作传统——该传统已从人类器官芯片、类器官培养和小型动物模型等来源生成了众多综合数据集，所有这些都考虑到了多样化的患者群体——我们现在正在使用这些丰富的数据集与尖端计算方法相结合。这些方法得益于怀斯内部的多组学能力和生物标志物发现实验室的临床合作支持。这种整合正在推动怀斯六大宏伟挑战的全面创新：脑健康、癌症解决方案、健康老龄化、传染病控制、可持续未来和女性健康创新。
“我们的社区和项目团队在经验、技能和疾病研究领域方面具有多样性。我们包括湿实验室专家（生成实验数据的人）和干实验室专家（分析和建模数据的人），以及在两个领域间工作的团队成员。通过促进开放沟通并鼓励每个项目最早阶段的合作，我们积极弥合学科间的差距，让干实验室和湿实验室科学家之间快速迭代。这种整合使我们能够快速测试假设、调整方法，并更高效和创造性地应对复杂挑战，”斯佩里说道。她在2019年作为研究学者加入怀斯，成为怀斯副教员迈克尔·莱文（Michael Levin）团队的一员，参与了一个与怀斯创始主任唐纳德·英格伯（Donald Ingber）团队合作的项目，之后成为怀斯高级技术团队的一员。
由AI驱动
随着AI日益嵌入生命科学研究，一系列怀斯项目正在涌现，它们利用AI、机器学习和其他计算工具来应对特定疾病和市场应用。例如，涉及治疗和诊断蛋白开发、衰老研究、时间医学和环境传感的项目包括：
- 在新冠疫情大流行之初，怀斯研究所组建了一支跨学科团队，包括计算生物学家、传染病专家、医药化学专家和药物开发专家，目标是开发一种针对冠状病毒家族多个成员的广谱抗病毒药物。该团队在国防高级研究计划局（DARPA）的早期支持下，由唐纳德·英格伯领导，创建了一个基于电影行业程序动画软件的AI赋能和物理基础分子建模及药物发现管道，成功识别出口服可用的FDA批准药物贝美替尼（bemcentinib）作为潜在抗病毒剂。为了进一步优化其活性，在Open Philanthropy-Good Ventures基金会的后续支持下，他们以此化合物为起点，开发了一种更具针对性和高效的抗病毒药物，对多种冠状病毒具有广泛的疗效，为全球生物防御提供了巨大潜力。
- AminoX利用机器学习设计含有新型非标准氨基酸的蛋白质，为具有增强或全新功能的蛋白质药物奠定了基础，彻底改变了蛋白质治疗药物的合成。该项目团队由怀斯核心教员乔治·丘奇（George Church）博士和吉姆·柯林斯（Jim Collins）实验室的研究人员组成，并通过我们与Northpond Labs的战略联盟获得支持。丘奇同时也是哈佛医学院遗传学教授以及哈佛和麻省理工学院健康科学与技术教授。
- Ichor开发了一个AI驱动的平台，预测细胞对基因扰动的反应，从而发现逆转慢性病和衰老影响的干预措施。通过将AI置于其研发管道的核心，Ichor显著加速了发现过程并提高了实验通量。该团队已经发现了与衰老过程密切相关的重要基因网络，并正在将这些见解转化为RNA疗法，旨在恢复衰老细胞的年轻功能。目前作为研究所项目获得支持，Ichor正在准备成立一家初创公司。
- CircaVent利用怀斯研究所开发的AI平台，揭示影响药物疗效和副作用的昼夜节律相关机制。通过整合整个昼夜周期内获得的生物学组学数据与药理学药物谱，CircaVent识别出最佳给药窗口和药物再利用机会，基于人体内部时钟。该团队的方法旨在提高治疗效果，同时最小化不良反应，并应用于患者特异性类器官，可实现针对多种疾病的个性化和时间敏感治疗，首先用于双相情感障碍。该团队由丘奇领导，并通过BD2慈善资助获得支持。
- SNIFFIA正在开发一种先进的仿生室内空气质量监测系统，模仿动物的自然嗅探模式，实时检测和区分特定挥发性有机化合物（VOCs）。由乔安娜·艾岑伯格（Joanna Aizenberg）博士领导，这个高度协作的平台将分布式传感器与机器学习算法集成在一起，提供高精度、时间敏感的空气质量测量，未来可用于触发建筑物内的空气通风和净化行动。Project Air项目获得了美国国家科学基金会和怀斯与Collaborative Fund战略联盟的支持。
与外部合作伙伴合作
为进一步巩固转化人工智能催化剂的基础，各种怀斯团队正在与行业和政府机构密切合作。其中一个由唐纳德·英格伯博士领导的合作项目正在与国防高级研究计划局（DARPA）的“战场护理麻醉剂”（ABC）计划合作。通过计算药物预测与AI驱动的动物行为分析相结合，团队正在识别可以诱导安全且可逆麻醉的化合物，而无需广泛的监控。该项目旨在为战场和灾难情况提供挽救生命的麻醉。英格伯也是怀斯研究所的创始主任。
植根于责任
如同任何强大的新技术一样，AI的负责任使用和实施至关重要，尤其是在探索技术的新前沿时。在怀斯，我们致力于确保所有研究和技术开发既符合道德又对社会有益。我们的方法基于经过验证的协作伦理框架，强调科学家和伦理学家之间的持续合作。这种紧密合作帮助我们应对开源AI的复杂性，遵守新兴法规，并解决伦理困境，同时始终关注患者结果和道德完整性。
此外，我们对负责任的AI使用的承诺超越了内部实践。我们积极与行业伙伴和更广泛的科学界接触，分享我们的见解并推广最佳实践。这种协作努力有助于创建一个更加稳健和道德的AI生态系统，最终造福整个社会。
从怀斯走向世界：AI赋能的初创企业
我们目前的AI努力建立在几家成功的怀斯初创团队奠定的基础上。怀斯“光子”（Lumineers），即创业科学家们将其怀斯创新转化为初创公司的过程中，利用AI获得了以前无法实现的新见解，这些见解有望极大地改善患者的生活。
由丘奇共同创立的Dyno Therapeutics和Manifold Bio分别利用AI设计用于组织靶向递送治疗剂的基因载体和组织特异性抗体。Dyno目前与罗氏（Roche）、诺华（Novartis）和Sarepta Therapeutics，以及AI处理器开发领导者NVIDIA保持活跃合作。
Pluto Biosciences利用AI通过一个简化分析、可视化和共享复杂生物数据（包括RNA-seq和微生物组数据）的云平台来优化生物信息学研究。Pluto旨在让各级研究人员都能轻松访问高级分析，通过直观的界面与强大的AI工具结合，加速学术界和工业界的发现与合作。
Unravel Biosciences利用AI识别在复杂疾病中发生变化的整个基因表达网络。最初专注于Rett综合征等罕见遗传疾病，Unravel的平台可以在活体系统中模拟复杂的疾病生物学，揭示可操作的基因网络变化和能够在多种组织中恢复正常变化的候选药物。在启动后的四年内，基于唐纳德·英格伯和怀斯副教员迈克尔·莱文博士团队之间的合作研究，Unravel已经开始进行临床试验，用一种已确定的药物治疗Rett综合征患者。莱文同时也是塔夫茨大学的杰出教授、范内瓦尔·布什讲席教授，以及塔夫茨大学艾伦发现中心主任。
吉姆·柯林斯，怀斯核心教员，在2024年怀斯年度研讨会上发表演讲。
展望未来
AI赋予科学家分析海量数据、揭示隐藏模式并以前所未有的速度做出推动项目前进决策的能力。通过转化人工智能催化剂，怀斯致力于为其社区提供全面的AI资源，同时吸引并与AI计算科学家合作，确保AI继续充当科学发现与患者和环境实际影响之间的桥梁，解锁全新的机会。
我们邀请行业合作伙伴、投资者和政策制定者加入我们这一共同使命——将突破性想法转化为推动人类健康和环境可持续性的影响力解决方案。共同努力，我们可以塑造一个以科学卓越、道德责任和有意义的全球影响为基础的AI驱动未来。
“每个人都在渴求数据，我们正在生成令人难以置信的多模态和多组学数据集。我们欢迎与行业合作伙伴合作，帮助将这些发现转化为现实世界的影响，”郑艾莉表示。“我们邀请行业合作伙伴和捐赠者加入我们的使命，利用AI的力量为医疗保健和环境带来改变生活的创新。”
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