源頭創(chuàng)新 + AI賦能,能否讓精準醫(yī)學實現(xiàn)廣泛應用?|訊息
21世紀經(jīng)濟報道記者季媛媛 上海報道 2005年,美國《科學》雜志為紀念創(chuàng)刊125周年,曾拋出“引領當代科學潮流的125個大問題”,在前25個被認為最重要的科學問題中,有16個與生命科學有關。
【資料圖】
與生命科學密切聯(lián)系在一起的醫(yī)學,是守護人類健康、維護社會穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的基石。精準醫(yī)學作為醫(yī)學科學的“新概念”,于2011年首次提出,近年來取得了飛速發(fā)展。
近日,在“創(chuàng)·在上?!贝笾行∑髽I(yè)融通科創(chuàng)論壇暨“無科創(chuàng)無未來”復旦管院科創(chuàng)走進嘉定活動現(xiàn)場,復旦大學生命科學學院院長林鑫華對21世紀經(jīng)濟報道等指出,生命科學是創(chuàng)新與技術相結合的典范,而精準醫(yī)學體現(xiàn)了醫(yī)學科學的發(fā)展趨勢,也代表了臨床實踐的發(fā)展方向。
那么,要如何激發(fā)源頭創(chuàng)新,如何推動精準醫(yī)學產(chǎn)業(yè)發(fā)展,AI時代我們又需要怎樣的精準醫(yī)學人才?
精準醫(yī)學的創(chuàng)新運用
精準醫(yī)學指的是針對疾病病因的復雜性,綜合考慮個體生物特征、環(huán)境、生活方式存在的差異,從而制定有效的健康干預和治療策略的醫(yī)療模式。
與傳統(tǒng)醫(yī)學相比,精準醫(yī)學能夠精準優(yōu)化診療效果,避免醫(yī)療資源浪費;減少無效和過度醫(yī)療;明確罕見病病因并尋找治療方案。
精準醫(yī)學主要包含精準診斷、精準治療和精準預防三個核心部分,其目標是提高臨床診療精準度。
相關資料顯示,在精準診斷方面,2016年僅全球分子診斷市場總額就接近106億美元,CAGR(復合年均增長率)預計為14.3%。到2023年,全球測序市場規(guī)模將從2018年的107億美元增長到244億美元,CAGR為18.0%。在精準治療方面,腫瘤免疫治療市場的規(guī)模將從2016年的619億美元增長到2021年的1193.9億美元,CAGR達到14.0%。
另外,在生物大數(shù)據(jù)領域,至2022年,生物樣本庫市場總額將增長至26.9億美元,CAGR達7.8%。至2025年,生物大數(shù)據(jù)的市場總額將增長至530至690億美元,CAGR達到27%。
“例如基因檢測、液體活檢、影像診斷、個體化藥物、靶向藥物、免疫治療等,包括AI技術需要的生物大數(shù)據(jù),人工智能、臨床決策等?!绷嘱稳A說,“這一系列創(chuàng)新都會帶來巨大的市場價值?!?/p>
醫(yī)學研究離不開模型,對于臨床來說尤其需要利用模型進行藥物開發(fā)和疾病診治的開拓。類器官則是生物醫(yī)藥領域的革命性模型,是器官發(fā)育、精準醫(yī)學、再生醫(yī)學的重大技術發(fā)現(xiàn)。
類器官可以取自人體組織的任何一部分,例如提取一根頭發(fā)、一片皮膚,再通過各種基因編輯做成與人體內(nèi)器官類同的細胞組織。這種細胞組織具備了組織記憶、自我組裝、重現(xiàn)組織器官結構的能力。
“不需要通過小鼠,直接從病人體內(nèi)取樣。”林鑫華介紹,“現(xiàn)在通過這項技術,腸道等常見人體組織都可以做成類器官。因為可以從人體樣本里直接做,所以對精準醫(yī)學產(chǎn)生了非常強的影響力?!?/p>
從預測到新藥開發(fā)
抗癌是人類醫(yī)學史上的長久難題。
如今,類器官技術可以應用于預測腫瘤藥物敏感性,包括預測化療藥和靶向藥物有效性;預測免疫治療藥物(如PD-1抗體藥)的有效性,未來還將和二代測序技術一起,共同幫助醫(yī)生擇藥,實現(xiàn)精準用藥。
類器官技術還能助力新藥研發(fā),用于藥物毒性和有效性測試。包括腎、肝、腸類器官用于藥物的毒性預測;攜帶特定突變的腫瘤類器官篩選靶向藥;免疫細胞治療療法、溶瘤病毒療法評價等。
類器官再生醫(yī)學可以實現(xiàn)有功能、定植性更強的類器官進行移植,例如,成體干細胞來源的肝、腸、肺、胰島類器官移植等。
此外,通過類器官智慧生物樣本庫,例如建設可凍存再復蘇的活生物樣本庫,能夠助力醫(yī)學研究、藥物研發(fā)和再生醫(yī)學。
“精確的藥物試驗,對預防轉(zhuǎn)化至關重要。通過建立一系列的模型,做一系列有效的毒性測試,類器官也可以幫助對新藥的開發(fā)?!绷嘱稳A說,“最重要的是可以通過類器官的再生醫(yī)學產(chǎn)生新的組織,在體內(nèi)進行對疾病的診治。類器官也可以做活體樣本,我們中國做了大量的樣本,十幾年前做的很多都是一些組織凍起來,扔掉可惜,保留花錢,這時候就需要用活體的樣本?!?/p>
目前,林鑫華團隊正在開展器官發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維持機制研究、病毒傳播風險及致病機制研究以及腫瘤發(fā)生發(fā)展機制和藥物開發(fā)。
“腫瘤最重要的問題在于異質(zhì)性。它經(jīng)常會變,今天發(fā)現(xiàn)好了,過兩天變化了就會產(chǎn)生抗藥性?!绷嘱稳A介紹,“我們需要建立一系列模型,這些模型可以用類器官來做。例如人的肝臟細胞,通過基因編輯做出人的肝母細胞瘤類器官,通過這個模型建立一系列的藥物測試,可以檢查原來的藥對這些腫瘤的影響,以及用于開發(fā)新藥?!?/p>
實際上,眼下,類器官是個熱門領域,但“跑得很快,仍需要進一步成熟和完善?!绷嘱稳A指出,類器官領域仍有很多挑戰(zhàn),其中也并存著機遇。
一方面,類器官系統(tǒng)具有局限性。例如,體外培養(yǎng)的類器官成熟度和功能有限;另一方面,類器官形成效率、形態(tài)結構和功能方面存在異質(zhì)性;另外,關鍵原材料來源有限并且成分不明確。此外,培養(yǎng)標準化方面,需要實現(xiàn)類器官制備工藝標準化、類器官培養(yǎng)材料標準化、類器官(腫瘤等)標志物標準化。在材料產(chǎn)業(yè)化方面,則需要開發(fā)更優(yōu)的生物基質(zhì)凝膠、探索新的合成類基質(zhì)(水凝膠)、研發(fā)自主知識產(chǎn)權的原材料等。
“特別是嚴格的質(zhì)量控制,標準化的培養(yǎng)體系,還有工程的自動化操作程序,都會對轉(zhuǎn)化產(chǎn)生非常重要的影響?!绷嘱稳A強調(diào)。
如何讓AI真正造福社會?
AI技術浪潮的興起為醫(yī)療行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供了新的思路和手段,同時也為精準醫(yī)學產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了重大機遇和變革。
在林鑫華看來,目前比較可靠的AI技術應用在影像診斷方面,例如病理診斷直接用圖像處理的可信度很高。長期而言,AI技術將會對精準用藥和精準預防產(chǎn)生深遠影響?!疤貏e是在藥品開發(fā)方面,例如蛋白質(zhì)結構可以通過AI技術實現(xiàn)。”林鑫華表示,“AI技術現(xiàn)階段有些可靠性非常強,有些則要用經(jīng)典方法與先進方法相結合。”
醫(yī)學發(fā)展的終極目標是更好服務于患者,隨著AI技術飛速發(fā)展,對AI技術的信任也成為新的議題。“對患者來說,怎樣讓他們感覺到AI技術是可靠的?第一,技術本身必須進一步提升。只有提升硬科技,才能精確判斷疾病?!绷嘱稳A說。
同時也需要對廣大民眾加強科普宣傳。很多新的技術,到一定年齡、一定時期要有一個學習和理解的過程。只有大家認識到AI技術的先進性、可靠性,再加上真正的可行性,才能長期為社會服務。
如此,關注技術的同時,人才的作用也不容忽視。“AI人才首先對數(shù)據(jù)的處理算法要有很強的能力,同時對臨床、對生命科學要有深層次的理解?!绷嘱稳A表示,“更重要的是要有這方面的學習能力。這樣才能圍繞醫(yī)學所需、患者所需、以自己所能真正為醫(yī)學、為精準醫(yī)學的臨床轉(zhuǎn)化落地開發(fā)服務?!?/p>
林鑫華指出,我們需要為人才提供好的平臺,包括基礎平臺、實驗平臺,同時也需要形成優(yōu)良的文化和生態(tài)。
“一個人的學習能力是多方面的,沒有人生下來就是搞生命科學的。只要社會所需,你所能;只要有好的人才庫、好的平臺、好的文化體系,就能真正讓AI在精準醫(yī)學、轉(zhuǎn)化醫(yī)學的發(fā)展推動上起到重要作用。”林鑫華強調(diào)。
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