Pharma.AI 平台系列 | 从 iPANDA算法到AI靶点识别平台PandaOmics

“对研究对象进行分组，分析多组学数据、通路激活状态和基因表达，最终确定4个可能调控肿瘤发生的基因位点…” 这是2021年8月，年仅17岁的高中学生Andrea Olsen在国际权威大会上分享的研究成果。而帮助Andrea跨越专业知识壁垒，在生物制药领域取得研究成果的，是一款由人工智能驱动的靶点发现平台——PandaOmics™。

PandaOmics™ 由英矽智能自2014年着手开发，集成30余种深度学习算法，利用AI技术“从已知推测未知”的特点，对1975年至今的海量科学研究产生的数据进行分析，辅助靶点发现决策。截至目前，该平台已成功赋能包括：肿瘤、纤维化、肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 和 新冠肺炎等多种疾病的靶点发现，并被诸多学术机构和生物医药公司纳入到靶点识别的工具库中。

历时7年，

PandaOmics™是如何搭建起来的？

在靶点发现过程中，信号通路分析是效果显著的方法之一，但在海量的数据和干扰影响下，分析信号通路、找到有潜力的靶点无异于大海捞针。此前，有一些科研团队尝试用计算机辅助方法分析数据从而找到新颖靶点，但这些分析方法大多稳定性较差且难成体系。

2016年11月，顶级学术期刊子刊Nature Communications发布题为“以iPANDA算法作为生物靶点发现方法”的论文，带来了新的解决方案——通过对比不同群体的表型组学数据，iPANDA算法对多通路的激活状态进行分析，再对研究基因进行筛选、分组和拓扑计算，最终得出重点信号通路的激活情况，辅助靶点发现。提出iPANDA算法为AI靶点发现迈出了第一步。作为辅助通路分析的算法，iPANDA提供的信息依然相对局限，科研团队认为还需要更多的验证和数据补充。

iPANDA算法工作流程，图源：https://www.nature.com/articles/ncomms13427/

2017年12月，在iPANDA算法诞生两年后，英矽智能的科研团队以“发现胚胎-胎儿转化靶点COX7A1”登上专注肿瘤相关研究的同行评议期刊Oncotarget，这是该领域第一篇论文，也是AI靶点发现从理论走向现实的重要佐证。

在该研究中，科研团队首先比较了6种算法在组学数据分析和潜在靶点定位方面的准确性和稳定性。科学家们发现，相比K-近邻算法（kNN）、基于PCA降维的逻辑回归算法（LR）、支持向量机（SVM）、梯度提升机（GBM）等候选算法，多分类深度神经网络（DNN）具有更高的准确性和稳定性。接着进一步优化DNN算法，使之升级到由20个DNN的集成算法。然后在iPANDA和集成DNN的辅助下，研究人员成功定位到潜在抗肿瘤靶点COX7A1。该研究结果在肺部、肝脏、肾脏、乳腺、皮肤等多部位的癌细胞以及小鼠模型中得到验证。

从论文到实践，

PandaOmics在真实世界中的表现

此后，PandaOmics平台不断接受检验、迭代优化，在进一步延伸数据分析范围、提升靶点分析能力的同时，促进更多学术创新。2018 年，iPANDA辅助英矽智能研发团队，对双免疫检查点靶向抗体-配体陷阱进行识别，为癌症免疫治疗提供新的思路，再登Nature Communications。2019 年，iPANDA 又对胆囊癌相关的通路异常激活进行分析，定位到潜在靶点PIM1，并于同年与知名高校达成合作。

PandaOmics 平台有效性已经获得多篇同行评议论文验证

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2020年，集成了iPANDA在内30多种算法的PandaOmics™靶点识别平台，以SaaS软件的形式正式上线。随后两年间，面对更多的外部用户和真实世界数据，PandaOmics™平台迎来了前所未有的挑战和进步，不仅根据客户反馈完成了多次平台优化，还融合了包括由google提出的具有Attention机制的transformers模型等新兴技术，并持续维护和调整自身算法库和数据库，高效完成数据分析、趋势预测、可视化呈现等多种工作。

2022年3月，通过对多种年龄相关疾病的分析，PandaOmics™发现145个潜在衰老进程和年龄相关疾病的双效靶点，并对其作用机制、药物安全性进行分析，相应的研究成果被采纳为当月权威期刊Aging的封面文章。该研究耗时仅两个月，充分证明PandaOmics™缩短药物研发周期、降本增效的能力。

以人工智能

赋能人类高质量健康生活

从iPanda诞生到现在，PandaOmics历经7年发展，经历了理论、验证、迭代、实践多个阶段，已经与辉瑞、复星医药、哈佛大学、约翰霍普金斯大学、妙佑诊所、芝加哥大学等机构达成合作，成长为多功能多维度下由人工智能驱动的靶点发现平台，囊括超1000万份组学数据样本、超34.2万项临床试验数据、43.3万个分子的相互作用机制，涵盖转录组学、基因组学、表观基因组学、蛋白质组学和单细胞数据，包含超20种优选AI数据模型，有能力根据输入数据生成动态结果。

PandaOmics平台里程碑

但AI赋能药物研发及人类健康生活的努力并未止步于此。2022年11月14日，英矽智能内部AI团队将携AI与制药领域专家，全球发布PandaOmics平台3.0版本。同时发布的包括小分子设计与生成平台Chemistry42 2.0版本，及临床试验方案结果预测引擎inClinico 1.0版本。扫描下方二维码即可免费报名参与发布会，我们诚邀您一同见证AI制药行业的创新变革，以人工智能赋能人类高质量健康生活。

参考文献

[1] Ozerov, I., Lezhnina, K., Izumchenko, E. et al. In silico Pathway Activation Network Decomposition Analysis (iPANDA) as a method for biomarker development. Nat Commun 7, 13427 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms13427