人工智能（AI）正在深刻改变我们理解生命科学和开发医疗解决方案的方式。从蛋白质结构预测到医学诊断，再到药物发现，AI技术正在加速生物医学研究的进程，为解决长期以来困扰人类的健康挑战提供新的可能性。本文将回顾AI在生物医学领域的重要进展，并展望未来发展趋势。
蛋白质结构预测的革命
蛋白质是生命的基本构建单元，其三维结构决定了其功能。传统上，确定蛋白质结构需要耗时的实验方法，如X射线晶体学和冷冻电镜技术。
2024年5月，DeepMind和Isomorphic Labs发布了AlphaFold 3，这是一个革命性的AI模型，能够以前所未有的准确度预测生命分子的结构和相互作用。与现有预测方法相比，AlphaFold 3在蛋白质与其他分子类型的相互作用预测方面至少提高了50%的准确性，对于某些重要的相互作用类别，预测准确性甚至提高了一倍。
AlphaFold 3不仅限于蛋白质，还扩展到了更广泛的生物分子，包括DNA、RNA和配体（许多药物所属的类别）。这一突破可能释放更多变革性科学，从开发生物可再生材料和更具韧性的作物，到加速药物设计和基因组学研究。
根据Google DeepMind的博客，实验性蛋白质结构预测可能需要一个博士学位的时间长度，并花费数十万美元。而AlphaFold 2已被用于预测数亿个结构，按照当前实验结构生物学的速度，这将需要数亿研究人员年。AlphaFold 3的出现进一步加速了这一进程。
大型语言模型在医学诊断中的应用
大型语言模型（LLMs）在医学诊断领域展现出惊人的潜力。2025年2月发表在《Nature Human Behaviour》上的一项研究表明，LLMs在预测神经科学结果方面超越了人类专家。
来自伦敦大学学院的研究人员创建了BrainBench，这是一个前瞻性的基准测试，用于预测神经科学结果。研究发现，LLMs在预测实验结果方面超过了专家，平均准确率达到81.4%，而人类专家的平均准确率为63.4%。
这些模型能够整合抽象中的信息，包括背景和方法，从而做出更准确的预测。研究人员还开发了BrainGPT，这是一个在神经科学文献上进行微调的LLM，其表现更为出色。
这些发现表明，LLMs可以帮助科学家做出发现，特别是在需要处理和整合大量相关发现的领域，这些任务可能已经超出了人类的能力范围。
AI在药物发现与重新利用中的作用
AI正在彻底改变药物发现和重新利用的过程。2025年2月，宾夕法尼亚大学的研究人员使用机器学习技术评估了4,000种现有药物，成功为特发性多中心Castleman病（iMCD）患者找到了有效的治疗方法。
研究团队使用AI工具确定肿瘤坏死因子（TNF）抑制剂adalimumab——一种单克隆抗体，被FDA批准用于治疗从关节炎到克罗恩病等多种疾病——是最有可能对iMCD有效的新治疗方法。
平行实验还发现，TNF蛋白可能在iMCD中发挥关键作用。研究人员在最严重形式的iMCD患者中检测到升高的TNF信号水平。进一步分析表明，与健康个体相比，iMCD患者的免疫细胞在激活时产生更多的TNF。
研究中的患者之前对多种治疗方法没有反应，正准备进入临终关怀，但在接受adalimumab治疗后，现在已经进入近两年的缓解期。这一发现不仅对该患者和iMCD具有重要意义，而且对于机器学习在更多疾病中寻找治疗方法的应用也具有深远影响。
未来展望
随着AI技术的不断发展，我们可以预见以下趋势将塑造生物医学领域的未来：
1. 多模态AI模型：结合不同类型的数据（如基因组学、蛋白质组学、影像学等）的AI模型将提供更全面的生物医学见解2. AI驱动的精准医疗：基于个体基因组和健康数据的个性化治疗方案将变得更加普遍，提高治疗效果并减少副作用3. 实时健康监测：AI算法将分析来自可穿戴设备和其他传感器的数据，提供实时健康状况监测和早期疾病预警4. 加速临床试验：AI可以帮助优化临床试验设计，预测结果，并识别最有可能受益的患者群体，从而加速新疗法的开发5. 医疗资源优化：AI系统将帮助医疗机构优化资源分配，提高效率，并降低成本
结论
AI在生物医学应用中的整合正在加速，为研究人员和临床医生提供了强大的工具，以解决复杂的健康挑战。虽然仍然存在数据隐私、算法透明度和伦理考量等挑战，但AI技术的潜力是巨大的。
随着技术的不断进步和跨学科合作的加强，我们有理由对AI在解决紧迫的医疗保健挑战方面的作用持乐观态度。通过负责任地开发和部署这些技术，我们可以期待一个更健康、更长寿的未来。
信息来源
1. Google DeepMind博客：《AlphaFold 3 predicts the structure and interactions of all of life's molecules》，2024年5月8日2. Nature Human Behaviour：《Large language models surpass human experts in predicting neuroscience results》，2025年2月3. 宾夕法尼亚大学医学院新闻发布：《AI tool helps find life-saving medicine for rare disease》，2025年2月5日4. ASCO Post：《Using AI to Identify Treatment Options for Castleman Disease》，2025年2月10日
注：本文为回顾性文章，基于截至2025年3月初的研究进展，而非最新热点新闻报道。
作者：风之弈
链接：https://xueqiu.com/3065567855/328505935?md5__1038=n40x2DRDuiYWqq05DIAxCqGKPqmuexeEubD
来源：雪球
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