小荷才露尖尖角：AI在细胞基因疗法领域有哪些应用？

▎药明康德内容团队编辑

编者按：近年来，在新药研发一片欣欣向荣的背后，也面临新的挑战。人工智能（AI）技术因其提高药物研发成功概率、降低成本、提高药研发效率等优势，受到资本市场的关注。而细胞基因疗法作为新药研发领域最热门的新兴疗法之一，仍然面临着如何降低成本，解决基因序列识别、递送系统难以有效到达靶向器官等技术的多重挑战。

在之前的《人工智能应用于新药开发，2021年哪些公司获得资本持续青睐？》一文中我们对AI在小分子药物领域中的应用进行了介绍。本文作为系列之二，带大家一起了解AI技术在细胞基因疗法行业的应用，哪些采用AI进行细胞基因疗法开发的公司获得了资本青睐。

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AI在细胞基因疗法开发的应用

AI在细胞基因疗法中的开发应用主要可以分为两个方面，第一个方面主要用于生物信息学系统大规模数据研究、机器学习帮助筛选CRISPR工具、载体递送系统等。第二个方面，主要为降低目前细胞基因疗法高昂的治疗成本。

AI可用于支持生物信息学系统研究，从大规模基因组研究（如全基因组关联研究、测序研究）中识别遗传风险，探索利用AI设计单细胞基因组学来发现新的药物靶点和精确疗法。利用AI筛查影响CRISPR指导设计的生物学变量，辅助研究人员在CRISPR库的指导选择上改进有效性并减少实验偏差。同时应用AI深度学习方法可以用来设计来自天然递送载体腺相关病毒（AAV）血清型的高度多样化衣壳变体，为开发大量功能性的递送衣壳序列提供了可能性。

细胞基因疗法由于为个体化医疗，治疗成本高昂。在细胞和基因治疗中节省成本本质上是困难的。治疗过程中许多步骤需要实验室工作来进行设计和制造，而处理的个性化使得标准化流程和扩大生产变得更加复杂，而AI可被用于节约成本。例如微软（Microsoft）和细胞基因疗法公司Oxford BioMedica的合作。Oxford BioMedica提供大量生产过程中的数据给微软，利用微软的AI系统建造模型去识别可以提高效率和降低成本的机会。

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应用AI开发细胞基因疗法公司融资分布

根据公开信息不完全统计，2021年全球范围内，将AI技术用于细胞基因疗法开发的融资事件共有13起，其轮次大多分布于A轮及A轮前早期融资，这可能与细胞基因疗法和AI本身就是近年来新兴起的技术有关。这些新锐公司可能是在新药开发领域引领下一个技术浪潮的佼佼者，值得我们关注。

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AI领域细胞基因疗法开发公司简介

2021年获得融资的利用AI进行细胞基因疗法开发的公司共有12家，其中包括著名学者张锋博士联合创建的Arbor公司、技术来源于美国科学院与工程学院双料院士George Church教授和Google Research的Dyno Therapeutics等……下面我们一起带大家看看。

1. Arbor Biotechnologies完成2.15亿美元B轮融资，开发下一代基因编辑技术

2021年11月9日，生物技术公司Arbor Biotechnologies宣布完成超额认购的2.15亿美元Ｂ轮融资。该公司计划利用这笔资金将肝脏和中枢神经系统（CNS）疾病的先导项目推进到临床研究。同时继续开发其新型发现引擎，以开发下一代基因编辑技术。本轮融资由Temasek、Ally Bridge Group和TCG Crossover领投。包括本轮融资在内，Arbor Biotechnologies至今已融资超过3亿美元。

Arbor Biotechnologies于2016年由著名学者张锋博士联合创立，旨在利用机器学习驱动的平台发现新的基因编辑蛋白，并且基于这些蛋白开发为疾病“量身定制”的基因编辑疗法。该公司的初始重点是肝脏疾病和中枢神经系统的治疗。随着Arbor Biotechnologies不断发展，该公司还与Vertex Pharmaceuticals合作进行了几项基因编辑和离体细胞治疗，拓宽其新型核酸酶技术应用范围。

Arbor Biotechnologies首席执行官Devyn Smith博士表示：“我们很高兴获得这笔资金，帮助我们实现为严重遗传疾病患者开发治愈性、新一代基因药物的愿景。通过利用我们专有的发现引擎，即利用机器学习和人工智能挖掘包含数十亿蛋白质的蛋白质数据库，我们成功地构建了广泛的CRISPR基因组编辑工具箱。虽然我们的主要关注点一直是开发CRISPR核酸酶，但我们也期待着推进我们的其他创新，如开发CRISPR转座酶。

2. Dyno Therapeutics完成1亿美元A轮融资，打造AI驱动的基因治疗平台

Dyno Therapeutics是一家将人工智能（AI）应用于基因疗法的生物技术公司，公司在2020年5月11日宣布凭借其专有平台CapsidMap从隐匿模式启动。该平台能够设计新型的腺相关病毒（AAV）载体，显著改善了目前基因疗法方法，并扩大了疾病范围。通过与生物制药公司的研发和合作，Dyno Therapeutics专注于眼科、肌肉、中枢神经系统（CNS）和肝脏疾病的新型基因疗法载体。

Dyno Therapeutics 技术来源于美国科学院与工程学院双料院士George Church教授实验室和Google Research，以AI辅助AAV载体优化平台为基础，建立公司研发能力。公司技术成果于2021年发表在Nature杂志上，结果显示AI设计序列装配或包装目标基因成功率高；更早的技术成果于2019年发表于Science杂志上，显示机器学习结果可达到高通量筛选目的，有潜力被应用于其他蛋白工程领域。

通过设计赋予腺相关病毒（AAV）载体改进功能特性的衣壳，Dyno Therapeutics专有的CapsidMap平台克服了当今市场上和开发中的基因疗法的局限性。如今的治疗方法主要局限于少数天然存在的AAV载体，这些载体受到递送、免疫、包装大小和制造挑战的限制。CapsidMap采用AI技术设计新型衣壳，即病毒载体的细胞靶向蛋白外壳。其核心是利用机器学习和Dyno Therapeutics大量实验数据的高级搜索算法，它们共同构建了一个全面的序列空间图，从而加速了合成AAV衣壳的发现和优化。AI技术提高了修改蛋白衣壳基因后AAV载体装配或包装目标基因的成功率，提升设计效率。Dyno Therapeutics通过训练机器学习模型来预测新序列的功能，构建 AAV 衣壳适应度图谱，随着每一个新的实验，图谱变得更大，更详细，通过这个机器学习图谱减少实际试验次数，降低研发成本。

3. ThinkCyte获得2600万美元B轮融资，加速细胞治疗药物和AI分析平台开发

2021年5月19日，ThinkCyte宣布完成了2600万美元（28.5亿日元）的Ｂ轮融资。本轮融资由SPARX Group领投。ThinkCyte成立于2016年，总部位于日本东京，是一家采用多学科综合技术进行新药研发的公司。该公司利用其基于AI进行高通量细胞图像分选的技术Ghost Cytometry，专注于药物发现、细胞治疗和诊断平台的研发。

ThinkCyte公司的Ghost Cytometry技术采用专有的先进光学、微流体和人工智能机器学习的组合，利用基于图像的信息实现高通量的单细胞分析和分类。Ghost Cytometry使用新颖的成像技术获取每个细胞的图像信息，将其制作为压缩的实时波形。然后使用生物标志物或其他分子标记对获取的波形进行标记。公司开发了基于标记波形的机器学习模型，该机器学习模型通过细胞的波形来预测生物标记物。这种机器学习方法能够以极高的效率进行图像推理，推断细胞状态。

Ghost Cytometry技术平台被应用于各种研究、治疗和诊断，如从未标记细胞群中识别和提取具有较高治疗价值的细胞，用于细胞治疗中的细胞生产，或在临床诊断中从血液中检测异常的癌变细胞。该技术能够使用来自没有物理标记的细胞图像信息来区分不同的细胞状态、细胞类型和细胞质量包括细胞周期阶段、糖酵解水平和凋亡状态。

4. 基于人工智能技术开发干细胞疗法，Cellino获1600万美元种子轮融资

2021年2月1日，Cellino Biotech（Cellino）宣布已完成1600万美元种子轮融资。该轮融资由The Engine和Khosla Ventures领投，Humboldt Fund 和8VC参投。该轮融资的资金将用于自动化和规模化Cellino的基于人工智能的细胞疗法研发平台。Cellino正在开发一种自动化平台，可大规模生成自体诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）。该平台利用图像引导的机器学习、单细胞激光处理和机器人技术实现干细胞生产的自动化。

Cellino公司成立于2017年，总部位于英国剑桥，是一家基于人工智能的干细胞疗法研发公司。该公司由Stan Wang博士、Nabiha Saklayen博士和Marinna Madrid博士创立。该公司使用激光来对干细胞进行工程改造，让干细胞分化的过程成为一种数字化过程。该公司的技术能够大幅度加快改造细胞的速度，从而为开发能够在临床应用的创新细胞疗法节省时间。

5. 臻知医学完成超亿元Pre-A轮融资，加速肿瘤细胞疗法和癌症疫苗研发

9月30日，北京臻知医学科技有限责任公司（以下简称“臻知医学”）宣布完成超亿元人民币Pre-A轮融资，本轮融资由荷塘创投领投，雅惠投资、苏州艾博生物、紫牛基金与该公司创始股东共同跟投。

臻知医学旗下拥有两大核心关键支柱平台，包括基于机器学习的AI平台和基于患者肿瘤特异性新抗原（TSNA）进行免疫疗法设计、开发、制造的平台。AI平台可以高效、准确地从常规肿瘤组织及ctDNA测序结果中预测每个癌症患者的TSNA和鉴定肿瘤相关抗原表达；免疫疗法开发平台能够利用患者的TSNA，设计、开发和制造高效免疫疗法，从而驱使患者的免疫系统攻击和杀伤肿瘤。

总结而言，2021年应用AI进行细胞基因新药研发的公司共有12家，大多处于早期融资阶段，这个交叉领域正在新兴发展。新锐公司凭借自己的差异化技术或发展方向，获得了资本青睐。未来我们期待该领域能涌现出更多前沿技术企业。

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