醫學界的“因特爾”,數字戰場的戰士,中科院計算研究所孵化的它

趙宇發了一條朋友圈,這是他離開微醫一年多後,首次公開自己的“新戰場”:哲源科技,由中國科學院計算技術研究所孵化的一家構建生命數據解析平臺的人工智能企業。

此前,趙宇在微醫曾擔任負責市場及戰略的副總裁,多年深耕“互聯網+醫療”領域。他認為,“醫療是人工智能最大的一個應用場景之一,隨著科技的進步,人類在臨床上積累的數據越來越多,以基因組為代表的數據產生量呈指數上升,數據更新日益加快、獲取數據成本降低,當面對每個個體超百G的數據,累積數據超過PB級(1P=106G)時,我們如何解讀這些多元、高維、海量、異構的信息,便成為了關鍵。”普通的小型計算機已經無法滿足其分析和解讀的需求,哲源科技便通過模型、超算技術來突破解讀,認知的瓶頸。

基於此,哲源科技聯合中國科學院計算技術研究所科研團隊,推動以國家隊的身份首倡並推動計算醫學,所謂計算醫學,是致力於發展定量方法,通過應用數學、工程學和計算科學來智能化理解人類疾病的機理,並基於工業化的數據、算法、算力及生物醫學技術體系為醫學服務提供新洞見。

通過構建人類的數字生命,讓數據來表達人體的治療後反應,這種設想已經不再是腦洞大開,而是哲源科技實實在在正在踐行的項目,以計算機(超算)模擬人體內的信息交互,將生命變得可數據化,從而解讀人體的生命數據,再利用其進行人體健康管理、藥企新藥研發等方面的應用。

不同於循證醫學和精準醫學,計算醫學是一個全新的概念,高度依賴高性能的數據分析平臺,是建立在超算基礎之上的新興科學。計算醫學以計算技術為手段,醫學問題為導向,構建各種生命活動的模型,充分利用人類已經積累的生物醫學知識,系統地理解生物醫學大數據蘊含的生命規律。

醫學界的“因特爾”,數字戰場的戰士,中科院計算研究所孵化的它

循證醫學、精準醫學、計算醫學對比示意圖(圖片截自官網)

中科院計算技術研究所20年經驗孵化,超算上跑出計算醫學


中國在超算方面的成就中科院計算技術研究所(簡稱:中科院計算所)位於第一梯隊,譚光明教授、張春明都是研究所裡有著20年超算經驗的研究員。中科院計算所多年以來一直積極參與國家課題,為配合人類基因組計劃,開發了基因組學處理技術,建立了基因數據計算模型、融合模型等等,基於這些年積累,作為計算所高性能計算機研究中心主任,超算鄰域的世界級科學家譚光明教授帶領團隊提出了計算醫學的概念。中科院計算所決定將研究成果以企業的方式落地,遂孵化出了北京哲源科技有限責任公司(簡稱:哲源科技),將生物醫學數據處理方面的人工智能社會化應用,構建生命信息引擎,向臨床賦能。


除了前微醫高管趙宇負責公司商業化落地,公司背後技術實力強大,張春明副研究員、牛鋼博士是哲源科技的技術核心。牛鋼博士目前擔任圖靈·達爾文實驗室主任,曾經主持分析了世界上最大的肝癌PDC數據項目。


構建生命信息引擎,成就醫學界的“英特爾芯片”,賦能全臨床

“循證醫學最大的特點是體現了群體的特徵,但是卻永遠沒辦法知道藥物對具體某個人的實際療效如何。”哲源科技COO趙宇表示,“例如在判斷腫瘤用藥方面,我們需要大約25000個基因,例如針對乳腺癌的分類和治療方案的選擇,可能就涉及三千多個基因,在目前實際場景中,如果說患者沒有標誌物,那麼即便是精準醫學也束手無策,最後又迴歸到循證醫學。” 而在計算醫學的方法論下,哲源科技不再是依賴某個單獨的基因作為判斷藥物療效的關鍵,也不侷限於靶點和藥物之間的一對一單點的因果關係,而是系統性地看待生命,最終哲源均能夠給出用藥建議方案,用超算手段去挖掘驅動找到新重點,然後結合人工智能的方法做算法迭代輸出,去探尋整體機體體系間的相關關係,構建出一個生命信息引擎。

而訓練這個模型的數據體量,按趙宇的描述,已經超過PB(1P=106G)量級,每次系統迭代都需要耗費千萬級的電費。“生命信息引擎並非‘海市蜃樓’,我們已經有部分成果在臨床上獲得了佐證。”趙宇告訴動脈網。

就在最近,哲源科技通過生命信息引擎的子系統TWIRLS分析了世界上有關冠狀病毒的1.4萬多篇文獻相關文本資料共計300萬餘單詞,在沒有任何臨床資源情況下,四小時就找到了新冠病毒導致“細胞因子風暴”的潛在機制,進而明確指出一個治療的新靶點。

無獨有偶,一個月後,這一計算醫學方法下的“紙上談兵”的研究結論,在3月25日Research Square平臺的一項由上海瑞金醫院病理科教授王朝夫、中國科學院院士卞修武等為通訊作者的論文中得以驗證。更在其後中國醫學科學院蔣澄宇團隊以及武漢大學基礎醫學院李紅良團隊分別回顧性研究中進一步驗證。

生命信息引擎可以生動地理解為醫學界的“英特爾芯片”,理論上可以為全醫療領域的各類細分疾病進行數字化模擬試藥,即便面對棘手的癌症,計算醫學呈現出巨大的優勢。

腫瘤之所以難以治癒,原因在於癌症並非由單一的基因控制,而是由上萬基因共同作用的結果,這些基因還會在體內突變、演化,並且都不是“孤軍奮戰”,相反他們作為通路形成“種群”,聯合去完成特定任務。攻克癌症,就好比要去解析一個超級複雜的電子路線圖,試圖通過單基因的管控實現全癌症治療難度可想而知。

醫學界的“因特爾”,數字戰場的戰士,中科院計算研究所孵化的它

BBC紀錄中將癌症信號通路形容成“你見過的最複雜的電子路線圖”

哲源科技通過機器學習模型深度解讀腫瘤基因組全局性變異,評估腫瘤信號通路的激活狀態,可對腫瘤進行分期、評估原發灶起源、預測腫瘤進展等情況,輔助醫生與患者選擇靶向藥物、化療藥物、免疫治療藥物,評估用藥療效。特別是針對一線及多線用藥失敗、基因檢測無可用藥提示、檢測到用藥變異但臨床效果不好、發生耐藥等腫瘤臨床疑難問題,為醫生提供可用藥方案、輔助優化後續臨床治療方案,實現腫瘤全程精準診療。

醫學界的“因特爾”,數字戰場的戰士,中科院計算研究所孵化的它

哲源科技的腫瘤臨床產品和服務

目前,哲源科技已經有了多項臨床產品輸出,在臨床腫瘤方面,區別於目前存在的基因分析,哲源科技用計算醫學的方法,針對實體腫瘤複雜的二三線治療以及耐藥、轉移等情況,可以全部給出用藥建議,無空白、陰性報告,臨床有效緩解超過百分之八十。

在趙宇看來,沒有失敗的藥物臨床三期試驗。“我們通過計算醫學,在醫院場景下,要為人找藥,對藥企合作,則是為藥找人,要給藥裝上‘眼睛’,找到適合的患者。哲源科技可以幫助臨床試驗失敗的藥物找到新的適應症,幫助藥企將鉅額的投入成本撈回來。”

“在計算醫學方法下,我們已經提出了與醫院,互聯網醫療,第三方醫學檢驗所三個醫療場景下的腫瘤治療解決方案,但我們仍然希望臨床醫學科學家,藥企研發團隊帶著問題與我們的技術合作,也希望將我們成熟的腫瘤臨床用藥建議產品豐富到各個基因檢測公司的產品線中去。”趙宇呼籲道。據悉,公司也啟動了新一輪的融資計劃,主要用於科研團隊的擴增以及多場景的產品合作推進。


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