人工知能で新型コロナウイルス感染症治療薬の「新しい作り方」を開拓する試み

目下、世界中の研究機関が精力的に新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の治療薬の研究を進めていますが、治療薬の有効性が確かめられた時に次の課題として浮上してくるのが「一体どうやって世界中の人に行き渡るほどの治療薬を確保するのか？」という難問です。そんなサプライチェーンの問題に人工知能(AI)の力を活用することで、12種類の治療薬候補の新たな合成方法が見つかったと発表されました。

Reinforcing the Supply Chain of COVID-19 Therapeutics with Expert-Coded Retrosynthetic Software
https://chemrxiv.org/s/cad7c3f49aa4cbbc5011

In short supply: Using AI to navigate out of a COVID treatment supply issue | University of Michigan News
https://news.umich.edu/in-short-supply-using-ai-to-navigate-out-of-a-covid-treatment-supply-issue/

AI invents new ‘recipes’ for potential COVID-19 drugs | Science | AAAS
https://www.sciencemag.org/news/2020/08/ai-invents-new-recipes-potential-covid-19-drugs

COVID-19が猛威を振るう中、日本を含むさまざまな国々でトイレットペーパーの買い占め騒動が勃発し、世界各地のサプライチェーンを混乱の渦に陥れました。

新型コロナウイルスパニックによるトイレットペーパーや消毒剤の買い占めが海外でも発生、闇市場が形成される可能性も - GIGAZINE

ミシガン大学で医療科学について研究しているティム・サーナック助教授らの研究チームは、「COVID-19の治療薬が本格的に使われるようになれば、トイレットペーパーや手指消毒剤で見られたような混乱が治療薬でも起きるでしょう」と指摘しています。

例えば、記事作成時点でCOVID-19の治療薬として承認されている唯一の薬剤であるレムデシビルは、COVID-19のパンデミック初期にはアメリカでわずか5000個しか確保できなかったとのこと。アメリカだけでも、2020年8月10日の時点におけるCOVID-19感染者数が500万人を突破していることを踏まえると、レムデシビルによる治療が本格化すれば不足するのは明らかだといえます。

この問題について、医薬品などを手がけるMilliporeSigmaから相談を受けたミシガン大学の研究チームは、化合物の合成方法を見つけることに特化したAIであるSynthiaを活用して、COVID-19の治療薬として期待されている薬剤の新しい合成方法を探す研究を行いました。

研究の中で研究チームは、COVID-19への効果についての検証が進められている12種類の薬剤を特定。それらの薬剤の合成方法や、材料となる物質などのデータをもとに、薬剤を合成するための新しい方法を見つけるようAIに指示しました。

以下が、AIが新たな合成方法の検索を行った薬剤の構造式です。薬剤は左から順に、抗ウイルス薬「レムデシビル」、咳抑制薬「ブロムヘキシン」、抗インフルエンザ薬「ウミフェノビル」、アビガンとしても知られている抗ウイルス薬「ファビピラビル」

エイズ治療などに用いられている「リトナビル」、同じくエイズ治療薬の「コビシスタット」、C型肝炎などに用いられる抗ウイルス薬「リバビリン」、がん治療やウイルス感染対策として使われている「カモスタット」

リトナビルなどの抗HIV薬と併用される抗レトロウイルス薬の「ダルナビル」、同じくエイズ治療に用いられる抗レトロウイルス薬の「ネルフィナビル」、抗ウイルス薬の「ガリデシビル」、関節リウマチの治療薬である「バリシチニブ」の合計12種類です。

AIを使用して、政府が公開している臨床試験データベースから薬剤の合成方法を探した結果、研究チームはレムデシビルを除く11種類の薬剤で、新しい合成方法を発見することに成功しました。こうして見つかった薬剤の合成方法は、既存のものより手順が短く、キログラム単位で大量生産することが可能で、コストも従来と同等かもしくはより安価だったとのこと。

この成果について、サーナック氏は「ほとんどの場合で、これまで使われていたルートよりも短く、材料も安いルートが見つかりました。例えば、ブロムヘキシンはわずか1ステップで作ることが可能になると見込まれています」と述べました。