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与AI共建未来实验室

光明网

“我还发现,速度可以改变人们的思考方式,”塞德说,“如果你有了一个科研想法,却需要等三个月才能看到结果,其间你很难对此始终保持专注。”

塞德补充说:“当人们能够迅速得到反馈时,就可以持续保持研究热情与专注力,并且会顺势提出全然不同的科学问题。”

研究人员更大的期望是,规模与速度的叠加能让他们对纷繁复杂的系统建立更精准的模型,从而提出更有可能直击本质的科学问题。

专注于基因组编辑的创新基因组学研究所的执行主任布拉德·林盖森表示:“高达90%的实验失败率简直让我抓狂。”正因为有太多实验以失败告终,生物技术行业在药物研发上的投资才会动辄数十亿美元。

对此,林盖森提出了两种解决方案:一是在失败率不变的情况下,通过高度自动化把实验规模做到极大;二是采用创新基因组学研究所的思路,致力于构建一个更精准、更完善的疾病模型。

2026年2月初的一个周日,在波士顿举办的实验室自动化与筛选协会国际年会上,参会者可以免费搭乘优步前往一家名为“银杏生物”的美国生物技术公司。当时,这家公司正在展示其“可重构自动化推车”。

这是一种带轮子、配有条形码扫描器和机械臂的模块化组件,排列得宛如一排升级版抓娃娃机。它们支持即时动态编程,能够随时随地精准复现任意一套实验操作流程。

当天早些时候,几位参会者在银杏生物的邀请下,通过在公司界面上输入通俗易懂的语言指令,提出了实验设想。等到下午访客抵达时,实验室已经在同时推进数十项实验。该公司首席执行官兼联合创始人贾森·凯利表示,最令人印象深刻的并不是速度或精度,而是实验的灵活性。

“作为一名科学家,你大概会惊叹道,‘我竟然能让实验连夜自主运行。这样第二天早上起来我就可以一边喝咖啡,一边查收数据了。’”凯利说,“这完全是一种前所未有的科研体验。”

机器人成本的下降、数据管道的不断完善,以及AI驱动的自然语言控制技术,共同促成了现代自主实验室的诞生。银杏生物成立于2008年,曾几经调整商业模式,包括通过基因工程改造酵母菌株来生产香料和食品,最终将核心业务聚焦于实验室机器人。这家公司花费了数年时间打磨、完善这套技术路线,正如宣传视频中所言,他们的终极目标是彻底取代传统的实验台。如今,这套模块化系统可以同时操控100多台设备,并能按照科学家设定的实验流程,自动化处理384孔样本板。

凯利将自动化实验室比作自动驾驶汽车,称他实验室目前的自动化水平,大致相当于美国自动驾驶公司Waymo五年前的水平。Waymo是谷歌母公司字母表旗下的子公司。

银杏生物近期推出了一项云实验室服务,使全球科学家都能在线提交实验方案,获取成本估算。如果他们决定继续推进,实验就会在远端实验室自动完成。目前,这项服务每天都会收到许多新的业务咨询。

除了灵活性,工业化规模是另一种发展模式。在美国犹他州盐湖城,美国递归制药公司的机器人系统坐落于一个由迪克体育用品旧卖场改建的场地内。这套以拍摄细胞和培养物图像为核心的自动化系统,每周可运行高达220万项实验。那些索引卡片般大小(国际通用尺寸为短边7.6厘米、长边12.7厘米)、带有1536个孔的样本板会在孵育、施加处理和多角度显微成像之间循环,其间产生的数据则交由AI系统分析。

递归制药公司会通过自研超级计算机BioHive-2,处理公司逾50拍字节(PB)的专有数据,并利用这些数据绘制生物过程图谱,以及寻找意料之外的药物靶点。该公司神经科学副总裁克里斯托弗·温罗表示,利用神经元和小胶质细胞的模型,该公司的平台帮助构建了大规模细胞图谱。目前,这家公司已有多款候选药物进入临床试验阶段。

制药行业的其他企业也在朝同一方向迈进,尽管对大多数企业而言,这种投入的实际回报还有待验证。美国商业地产服务与投资公司世邦魏理仕的生物技术专家马特·加德纳指出,制药行业正在重新设计实验室建筑,为服务器预留了更多空间,并为机器人系统、生物制造和数据中心配备了更强大的电力供应。

2026年3月,瑞士制药巨头罗氏表示,在AI的助力下,抗肿瘤候选药物的研发速度比传统方法快了25%。近期,英伟达与礼来公司也宣布,将联手花费五年时间、斥资高达10亿美元建立一个AI药物研发实验室。

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