006 · 用機器學習重做藥物發現
前 13 集的上架日是頻道補檔的日子(2023 年 4 月底一次補上),不是當初播出的日期,所以跟集號的先後對不起來。
No Priors Ep. 6 | With Daphne Koller from Insitro
Daphne Koller 談自己怎麼從 Coursera 回到生物,Insitro 為什麼挑失敗率最高的靶點辨識下手,以及怎麼讓工程師和生物學家共事。
006 講了什麼
- 從資料集走進生物90 年代中期,機器學習研究能用的資料集很無聊,Daphne 覺得生物那邊的資料更有意思,後來在 Stanford 帶出一半做機器學習、一半做生物的實驗室。在 Coursera 待了五年、2016 年初回頭一看,機器學習已經改變世界,卻沒怎麼碰到生命科學,於是決定把兩邊接起來。
- 瞄準失敗率最高的一段藥物研發可以切成找靶點、設計分子、支援臨床試驗三塊。研發這麼貴,是因為 95% 的藥物計畫會失敗,而最大的原因是調控錯了東西:靶點、適應症或病人族群選錯。Daphne 判斷這是最難、也最有影響力的一塊。
- 兩路資料湊出訓練材料靶點辨識要到臨床試驗才有結果可學。Insitro 一邊把人類的基因差異當成「天然實驗」,一邊在自家濕實驗室對細胞做基因編輯,再用機器學習把兩者合起來,目標是建出能預測人類臨床結果的細胞模型,取代難以轉譯的動物模型。
- 挑需求大、自己有優勢的領域目前做神經科學、代謝與腫瘤。神經科學的動物模型幾乎沒用,而 iPSC 容易分化成神經元,可以做「同一個細胞、有沒有致病變異」的體外對照。
- 自己做或合作都行Insitro 的核心是持續產出新靶點的引擎,所以部分計畫可以合作或授權出去;如果靶點已經有現成的藥,跟資產持有者合作能省下兩三年、甚至五年。
- 文化是難題也是優勢電腦科學家要願意學難以預測的生物,生物學家則常被「積木拼起來就會動」的想法惹惱。公司一開始就訂了行為準則,Daphne 最喜歡的一條是以開放、建設性、尊重的態度彼此互動。
從哪一段開始看19 段
- 00:00從資料集走進生物起初是因為生物的資料集在技術上更有挑戰,後來對生物本身也有興趣,實驗室一半發 CS 論文、一半發生物論文。
- 01:32機率圖模型與鐘擺probabilistic graphical models 把 AI 從符號推向數值資料,深度學習又把它擠到一旁;現在鐘擺擺回來,模式辨識之外也要因果推理與可解釋性。
- 03:05為什麼去 Coursera想直接影響真實的人;Stanford 第一批線上課程的反應讓 Daphne 請了兩年假去創 Coursera,最後辭掉講座教授,在 Coursera 待了大約五年。
- 05:25回到生物與 Calico抬頭發現機器學習改變了世界、生命科學卻沒什麼動靜;去請教 Art Levinson,結果被找進 Calico,待了 18 個月。
- 07:31離開 Calico 創辦 Insitro想做的是用不同方式做藥物發現的平台,不是專攻某一種生物學;人類老化的資料又很難取得,老化不一定是最適合先下手的地方。
- 10:14機器學習像電腦主持人問藥物研發處處是機會,要怎麼選;Daphne 說機器學習不是只改善一個窄環節,而是到處都會用到。
- 11:53為什麼選靶點辨識研發分三塊,真正貴的是 95% 的計畫失敗,主因是靶點、適應症或病人族群選錯,所以選了最難也最有影響的一塊。
- 13:56沒有訓練資料怎麼辦臨床結果要到最後才知道;Insitro 用人類基因變異這種天然實驗,加上自家濕實驗室的細胞干預,最後合在一起建預測模型。
- 16:49為什麼做神經科學挑需求大、技術有優勢的領域;神經科學的動物模型效果差,而 iPSC 容易分化成神經元,看得到跟疾病相關的細胞表型。
- 18:38iPSC 怎麼做出神經元主持人請 Daphne 替非生物背景的聽眾解釋:取白血球或皮膚細胞,重新編程成幹細胞再分化;加上基因編輯,就能做有無變異的體外 A/B test。
- 20:28神經以外的領域神經科學的腦部 MRI 越來越多;代謝與腫瘤則是標準照護本來就會收集大量高內容、無偏的資料。
- 21:34單細胞之外很多複雜疾病不只牽涉一種細胞,但可以把細胞推出舒適圈來模擬病態;先做單一細胞系就看得到病的,類器官、晶片器官這些別人在發展的技術晚一點再用。
- 23:58自己開發還是合作公司有產生靶點的引擎,不怕賣掉計畫後一無所有;有些計畫合作或授權,已有現成藥物的靶點可與資產持有者合作,省下兩三年甚至五年。
- 26:49生物標記與選對病人分析人類資料,生物標記幾乎是順帶得到的;Daphne 轉述 Calico 一位同事的話:Herceptin 若不鎖定 HER2 陽性病人,試驗得收一萬人,還不一定看得到訊號。
- 31:07機器學習能縮短多少時間及早跟主管機關談生物標記,有機會加速;但新冠試驗收得到大量病人、病程又快,阿茲海默就得等認知曲線拉開,生物有自己的時間。
- 34:01兩種文化的差異電腦科學家要面對不照劇本走的生物,科學家則受不了「積木拼起來就會動」的想法;工程師找規律,科學家找離群值。
- 37:39流程與行為準則產品經理在平台開發上用 scrum,但長達數年的藥物專案不適用;更靠公司一開始訂的行為準則,其中一條是開放、建設性、尊重。
- 41:01還能做什麼Daphne 認為生物與科技的交界是當今最豐富的領域之一,可以延伸到農業、環境、能源、生物材料、食品科技,以及個人化教育。
- 44:29給創辦人的建議教育、醫療這類傳統上難賺錢的領域,只要點子跟別人不同、影響講得清楚,投資人就會有信心;但最後要問的是回頭看這一生做的事值不值得。
值得記的話5 句
It's not like x-ray crystallography, it's like computers. You're going to use it everywhere
它不像 X 光晶體學,它像電腦,到處都會用到11:36we're just not modulating the right thing, it's the wrong target in the wrong indication or the wrong patient population
我們就是調控錯了東西:靶點、適應症或病人族群選錯13:11how do you train a machine learning model that doesn't have training data to train it
沒有訓練資料,要怎麼訓練機器學習模型?14:12if you're a scientist oftentimes what you look for are the outliers, the exceptions
科學家常常找的是離群值,是例外37:06we engage with each other openly, constructively and with respect
我們以開放、建設性且尊重的態度彼此互動39:27
名詞與人物10 個
- Daphne Koller
- Insitro 創辦人;曾在 Stanford 任教、創辦 Coursera、待過 Calico。
- Insitro
- 結合機器學習與生物實驗做藥物發現的公司,聚焦靶點辨識。
- Calico
- Daphne 離開 Coursera 後加入的公司,研究老化,待了 18 個月。
- Art Levinson
- Genentech 前執行長,Daphne 去請教該往哪走,被找進 Calico。
- probabilistic graphical models
- 機率圖模型,Daphne 寫過這個領域的書;把 AI 帶向數值資料與機器學習。
- experiments of nature
- 把每個人的基因差異當成天然實驗,用基因型到表型的對應,近似治療介入的效果。
- iPSC
- 誘導性多能幹細胞,由白血球或皮膚細胞重新編程而來,可分化成神經元、心肌細胞等。
- target identification
- 找出該調控哪個靶點、用在哪個適應症與病人族群,是藥物研發失敗率最高的一段。
- biomarker
- 生物標記,用來挑出可能受益的病人,也可能被主管機關接受為臨床終點之前的中介指標。
- Herceptin
- 早期的精準腫瘤藥物,針對 HER2 陽性乳癌病人。
提到但沒有展開
- 談到科學與工程的差別,Daphne 轉述一位同事的故事:實驗有些天細胞好好的、有些天全死,最後查出是某位技術員愛吃洋蔥三明治,呼吸裡的洋蔥讓細胞不舒服。
- 阿茲海默試驗以 amyloid beta 為代理指標,Daphne 說它是否對應認知仍有疑問,猜測對部分病人適用、對其他人不適用。
