劉煥香,應用科學學院人工智能藥物發現中心教授,從事製藥研究超過20年,是計算機輔助藥物設計和分子模擬方面的專家,在神經退行性疾病的發病機制、細菌和病毒耐藥性發生的分子機理,以及藥物設計策略的發展等領域研究尤為傑出,在相關領域的權威雜誌發表SCI論文230餘篇,被引用超過5,000次。她於2019年、2020年及2021年連續三年榮登美國斯坦福大學公佈的全球前百分之二頂尖科學家排名榜。這位科學家帶領我們走進其科創世界,分享研究帶給她的樂趣和意義。
開創藥物發現之路
劉煥香教授的製藥研究之路,始於其在博士學習期間對化學信息學的濃厚興趣。化學系出身的她,早在十多年前,人工智能尚未興起的年代,已意識到利用計算機技術增強化學實驗的潛力:“當時我意識到許多化學信息學方法與藥物設計實踐高度相關。”這一發現相當富前瞻性,也點燃了她將這些技術應用於解決重大健康問題的熱情:“信息技術可以幫助我們解決許多健康問題,對每個人的生命都至關重要。”
自2008年在蘭州大學加入獨立研究小組以來,劉教授致力於藥物設計和發現的工作。研究領域涵蓋化學信息學、在意大利博士後期間關於內分泌干擾素風險評估的研究,以及在香港和北京進行的蛋白質結構與功能研究。她利用澳門理工大學在人工智能方面的優勢,開拓以針對特定疾病機理的人工智能驅動藥物發現,看到人工智能技術在未來協助疾病診斷和實現個體化醫療方面具有巨大潛力。“從藥物靶點發現到臨床試驗,人工智能已成為藥物開發每一步的重要組成部分。”
發揮澳門的潛力 助弱勢地區走出病困
澳門作為位於珠江口的閃耀明珠,坐擁大灣區大健康產業發展優勢。劉教授指出:“澳門在基礎研究領域的科研資源相對寬裕,為學術探索和創新提供堅實的支持,為未來的科技成果轉化和應用創設條件。”
此外,澳門的地理位置和國際定位,是其另一優勢所在。澳門作為中國與葡語國家之間的橋樑,享有獨特的文化和經濟地位,使其在國際學術合作中佔一席之地。“尤其在推動多元文化交流和知識共享方面,國家對大灣區的高度重視和戰略投入,讓整個大灣區的新興醫療企業如雨後春筍般迅速發展。”作為灣區核心城市,無疑令澳門成為聯動大灣區其他高校和科研機構的重要節點,為科研協作和創新突破開闢便捷之路。
她提到,澳理大人工智能藥物發現中心已經和同位於灣區的中山大學建立合作,共同研究“一帶一路”沿線經濟欠發達地區盛行的熱帶疾病。“這些疾病因缺乏盈利潛力而經常被忽視,治療疾病對於弱勢群體來說刻不容緩,也能藉此進一步提升中國的國際影響力。”去年,中心還與湖南大學一起獲得聯合研究資金,促進人工智能藥物設計方法論的進步,目標是透過策略性合作夥伴關係來解決行業過往忽略的治療方法,以發揮澳門在製藥創新方面的優勢。
提升人工智能技術的可解釋性
現時將人工智能技術整合到藥物發現領域存在一定的挑戰。劉教授分享,其中較顯著的情況是需要更大量的高質量數據。“在藥物代謝數據收集過程中,不同實驗室報告的條件和標準各不相同,導致整合數據時出現偏差。更充裕的高質量數據有助提升模型建立的精確度。”
其次,智能分子生成並非易事。分子生成後,需要考慮分子的活性,即其與靶標的親和力和調控能力,以及分子的成藥的可能,包括分子的代謝和毒性,還包括其吸收、分佈等多個方面,完成多目標優化極為複雜。
人工智能模型的運作就像“黑盒”一樣,就是大家很難理解它是怎麼工作,只知道給它輸入條件,就會得到輸出結果。劉教授解釋:“在化學和藥學領域,專業人士習慣於信賴實驗結果,並要求瞭解模型運算過程及預測依據。所以要令專業人士理解和信任其預測,是當前人工智能專業人員不斷鑽研的方向之一。”
基此,她致力於開發高質量數據集、新算法(如主動學習和數據擴增策略),以及可解釋的人工智能技術。她認為:“模型的精確性直接取決於高質量原始數據的整理,這是我們首先需要做的。”她希望通過這些創新方法,在澳門理工大學建立一個綜合人工智能藥物發現平台,從而加速開發高效新療法的過程。
多重策略開拓跨學科新領域
劉教授指出,人工智能和藥物發現兩個學科本身專業性較強。為促進跨學科的無縫合作,人工智能藥物發現中心採取各項關鍵策略。跨學科的教學培養出擅長跨學科研究的專才,透過這種聯合指導來互補知識上的不足,使學生能從兩個專業領域裡獲益。“澳理大博士生整體研究能力非常好,在相關領域的基礎很穩固,在導師帶領下,能同時學習好這兩門學科。”其次,中心積極參與合作研究項目,與其他地方高校及機構合作,以開拓澳門理工大學以外的設施和資源,例如藥物研發的實驗室,充分發揮優勢互補。通過多方面的合作,人工智能藥物發現中心期望發揮跨學科、跨領域的優勢。
信息技術與藥學的協同效應
在劉教授的職業生涯中,對於阿爾茨海默症、帕金森症等神經退行性疾病的機制進行深入研究。被問及在學術研究生涯中引以自豪的經歷,她謙虛地分享說:“說不上是自豪,但成果是有一些。在這個領域,我們發表的論文已有幾十篇,並且獲得幾個國家的資助。”她的研究工作獲得國際上的認可,甚至被最近的諾貝爾獎得主在該領域引用。
在澳門理工大學,劉教授利用她的研究基礎,致力推動由人工智能增強的藥物發現研究。澳門理工大學在人工智能應用方面的優勢,與她的製藥專業知識相結合,能夠發揮出顯著的協同效應。自人工智能藥物發現中心成立以來,大學提供強大的支持,包括購置先進的計算工作站和關鍵軟件。“澳理大在人工智能領域的實力,能夠讓我們利用自身的研究背景產生更加卓越的研究成果,期望通過在人工智能藥物發現中心進行富有影響力的創新工作,豐富澳門及鄰近地區的藥物開發途徑。”
對藥物發現的憧憬
劉教授對於人工智能在製藥研究領域的未來潛力充滿期待,她預測在智能合成藥物分子的領域中將會實現顯著的突破,並相信在個性化醫療和模型的解釋能力方面將取得進展。隨著人工智能解釋方法的不斷發展,相信信息技術應用於藥物化學領域的接受程度會持續提升。
就個人目標而言,有著為公共衛生貢獻自主研發藥品的夢想,挑戰無阻她對科研的熱忱。當前的目標是與中心全體同仁手牽手,共同構建一個人工智能藥物設計的平台。開展符合社會需求的合作項目,推動具有社會影響力的創新研究,同時致力培養頂尖人才,共同造福產業界和學術界。對此她熱切期待:“相信我們能夠利用澳門理工大學的資源優勢,推動製藥研究向前發展,貢獻心力。”
她希望結合澳門理工大學在人工智能應用的優勢及其團隊的製藥專業知識,取得具影響力的階段性創新成果。秉承澳門理工大學的教育使命,她通過各種合作項目,實踐大學培養人才、推動知識進步的理念,將交叉學科協作和人工智能的應用提升至全新的高度。
劉煥香教授及團隊推動具有社會影響力的創新研究
文 / 龍瑞銘.張靜初.韋曉璐(創意策劃人才培養計劃學生成員)