AI走进黑灯实验室,镁伽要打造生命科学智能新基建


要论今年诺奖的关键词,绝对非“AI”莫属。

 

三大科学奖中,有两项都被授予了AI相关的研究。这无疑向外界释放着重磅信号:人工智能已成为科研新范式,它引领的AI for Science将带来新一轮科技革命。

 

AI for Science的一大前提是具备可用性的成规模数据,但在素有“实验科学”之称的生命科学领域,大规模积累数据的能力向来是稀缺品,已有数据也可能因为偏见等质量问题而难以直接取用。

 

“数据难”已经成为行业共识。镁伽科技(下文简称“镁伽”)创始人兼CEO黄瑜清在多个场合指出:“生命科学行业现在面临的一个大趋势和最主要的矛盾,就是科学家们对于数据日益增长的需求和相对落后的生产力之间的矛盾。”

 

以此为基点,2019年,成立仅3年的镁伽将智慧实验室纳入战略规划。2021年,镁伽鲲鹏实验室落成并投入使用。

 

今年9月,镁伽鲲鹏实验室迭代至3.0版本,聚焦于基因编辑、高通量药物筛选、类器官培养、合成生物学等领域的科学研究。近期举办的发布会上,镁伽将之定位为“生命科学的数据工厂”。

 

镁伽鲲鹏实验室3.0内,AI具体如何助力生命科学研究?镁伽在生命科学自动化领域有哪些布局和突破?关于未来的行业趋势,镁伽又是如何看待的?

 

11月,写意君来到了刚刚升级后的镁伽鲲鹏实验室,并和镁伽联合创始人兼首席运营官张琰、首席科学家方攀峰聊了聊以上问题。

 
 
 
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AI for Science,助力生命科学研究自动化变革
 

在方攀峰看来,AI for Science意味着一种深度的人机协同,是“人类科学家与AI协同设计并推动实验的一种新工具”,其要素包括两点:高通量、高速迭代的大规模实验室,以及对传统实验室进行自动化、数字化和智能化的改造。

 

目前,镁伽鲲鹏实验室3.0主要通过五大平台触达前述要素,其中包含四个自动化平台,即全自动分子实验平台、全自动蛋白定向进化平台、全自动细胞实验平台、全自动建库测序实验平台,和一个数智化平台。

 

镁伽鲲鹏实验室3.0五大先进平台;采访对象供图

 

每一个平台都最大程度地聚力于降本增效。例如,应用全自动分子实验平台,单日可完成400个分子克隆,与传统人工相比提效90%以上;全自动细胞实验平台除可用于类器官开发、药物筛选等,还能够实现高通量的基因敲除、敲入,“96个基因的敲除,几周内就可以完成”。

 

MegaMolecule全自动分子实验平台;采访对象供图
 

MegaCell全自动细胞实验平台;采访对象供图
 

而数智化平台一方面能够对基因组、转录组、表观组等测序数据进行全流程自动化分析,另一方面,通过运用镁伽自主开发的蛋白质性质预测模型,也可以在多种维度帮助设计、优化蛋白序列,提高蛋白的活性和热稳定性。

 

在镁伽鲲鹏实验室3.0体系内,四个自动化平台彼此间由智能机器人串联,由数智化平台统一协同控制调度,五大平台形成有机整体,协同助力生命科学研究。

 

但具体如何作用,能够在哪些方面为客户提供别样价值?以类器官的开发为例,方攀峰向我们做了介绍。

 

首先,基于知识/数据的集成和多种建库/药筛方案,平台能够为用户提供参考培养方案,并简化其调用过程;其次,依托于软件的统筹安排,平台能实现多种类器官自动化培养流程,并且能够帮助提高实验的灵活性和一致性;最后,通过对药筛前后的样品进行单细胞测序、提取关键信息,并将之与临床数据结合、比对、分析,平台还能够进一步帮助优化培养方式。

 

“类器官培养实现了全流程自动化,并且解决了均一性、稳定性等行业公认痛点”,方攀峰进一步说,“截至目前,胃肠道的肿瘤类器官,我们80%的药筛结果匹配临床上的客观响应结果。这能够大大提高患者的生存期。”

 

整个过程里,“AI for Science”具体是如何加速生命科学研究的?张琰表示,核心之一在于强大的高质量数据生成与治理能力。

 
 

智慧实验室整体技术架构;采访对象供图

 

“科学发展经历了四个范式:基于经验、理论推导、计算科学、大数据推动,其最终目标是预测真实世界。人工智能时代,数据是科学领域的‘石油’”,张琰进一步介绍。要开启生命科学领域的AI研究,就需要海量的可用数据。

 

不过现实是,由于实验的一致性和质量都难以保障,整个行业的数据收集处理效率偏低,可用数据昂贵且稀少。

 

运用人工智能实现数据治理,已成为各行各业的趋势所在,曾被称为“实验科学”的生命科学研究也在向“数据科学”迈进。只是,迈进的过程并非坦途。例如在生命科学数据的收集环节,一个难点在于“不同品牌的设备通常接口不一,数据格式也存在大量‘噪音’”。

 

张琰告诉同写意,为了给数据“降噪”,保证其有效收集、结构化、分析、追溯,镁伽在数智化平台搭载了中央调度软件、数据治理软件、信息化管理软件、生信分析软件等模块。相较于镁伽鲲鹏实验室2.0,最新版本的数据生成能力、处理能力分别提升了100倍、1000倍。

 

所有实验数据的生成处理,都将被“反哺”给模型调整、加速模型迭代,而模型的优化又将反过来促进生命科学实验的设计、实施、结果验证等一系列过程。

 

干湿闭环由此打通,良性循环的状态符合镁伽的自身定位和产业愿景:做先进生产力工具的提供商,加速整个生命科学领域向前发展。

 
 
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从场景出发,以技术助力,打造多元生态
 

科学愿景之外,镁伽毕竟是在做一门生意。

 

如何降低生命科学实验室的建设运维成本?如何让先进生产力工具更好地被市场“买账”?未来的市场拓展方向和商业模式规划如何?

 

张琰以“建的起来”“用的起来”“用得起”,回应前两个问题。

 

智慧实验室的建设成本高昂,如果事先未曾对实验的开展进行全流程精密测算,就可能让其陷入落成之后不堪大用的困窘局面。为避免这种情况的发生,在规划镁伽鲲鹏实验室3.0的建设时,镁伽引入了数字孪生技术(Laminar数字孪生软件)

 

Laminar数字孪生软件;采访对象供图

 

“大到实验室的布局规划,小到岛台的参数建模、各项业务流程和实验流程的推进,我们都经过数十次完整的数字模拟和论证,目的是最大程度地降低各项风险。”谈及此,张琰笑称,整个过程高精度仿真,就像“打CS”一样。

 

跨学科的团队、“技术货架”模式也是让实验室正常运行的强大后盾。目前,镁伽的千人团队中,研发人员占比六成左右。“超过100位生物背景的同事、300多位工程技术背景的同事,还有多位资深的跨学科专家,能够确保智慧实验室高效运行、满足多样化市场需求。”

 

基于对过往积累所得的know-how和核心技术的“排列组合”而形成的“技术货架”模式,则大幅提高了团队效率。现在每进入一个新的细分场域、需要开发新品时,镁伽至少60%的工作都可以从“技术货架”上继承,20%可以通过工具实现迅速配置,只有20%需要定向研发。

 

与“用得起来”相关联的还有一个重要因素:成本控制——高通量、AI支持,都对应着运维成本的大幅增加,但张琰告诉同写意,现阶段并未提高针对客户的收费标准,原因在于通过耗材、设备的自研,镁伽降低了实验中其他环节的花费。

 

“一方面,由镁伽自主研发的耗材型号已超过1000种,能够适配自动化应用场景,将成本降低70%;另一方面,实验室自动化可以减少生物试剂使用量,使体系缩减到原来的1/4、1/16甚至更小;此外,自主研发仪器也能够降低购置成本,同时帮助解决卡脖子、交期长等实际痛点,为客户提供更多选择”,张琰回应说。

 

镁伽已积累了来自企业、高校、科研机构等多地的稳定客群。今年以来,镁伽接到的市场需求还在持续增长。张琰经常听到两类反馈:一是“市场上终于有做这个事儿的人了”,二是“你们居然做得还不错”。

 

相当体量的客群、不错的行业口碑,搭配以可持续的商业模式,也逐渐成为支持镁伽发展速度的“底气”。

 

如果从产品出发去看,镁伽的身份像一家由AI加持的CRO,但商业模式方面,镁伽并不局限于此。张琰告诉同写意,镁伽目前的收入来源,包括设备、耗材及试剂盒的交付、定制方案提供、软件销售等多个方面。

 

此外,关于数据资产价值发掘的可能性,也已在陆续探索中——近期在上交所挂牌“基因信息查询服务”,就是一次创新实践。

 

镁伽科技数据产品挂牌上海数据交易所;图源:镁伽科技官网
 

基于对来源于多个国际知名生物医疗数据库的开源数据的深度清洗、分析,该数据产品能够提供基因的基本简介、通路信息、表达信息、预后信息,以及关联疾病与药物等全景式信息,降低科研人员整合、过滤信息的时间成本,在临床诊疗方案的制定等场景展现出相当应用潜力。

 

近几年,AI几乎成为一种先进生产力的表征符号。庞大的算力、生成能力给予所有人无限想象空间,但要将技术真正“落地”,关键更在于敏锐的市场洞察和“从场景出发”的开发理念,这几乎是所有跻身“AI+”创业者的共识。

 

镁伽正在以此为基点向外拓展,构建更丰富的业态:一方面,通过在半导体、新能源等领域寻找合作伙伴,将自动化、智能化的能力直接迁移到其他应用场景;另一方面,也通过孵化、投资下游公司,将其工程化能力赋能给更多客户。

 

无论是在生命科学领域还是在其他领域,自动化、智能化能做的事情都还有很多。

 

张琰表示,在这个技术密集型产业,重要的是“保持 ’Always Day One’ 的创业心态,保持技术领先优势的同时,精准识别市场增长点、增强商业化能力。”

 
 
 
关于镁伽科技

镁伽科技成立于2016年,是一家专注提供先进生产力工具的科技公司,致力于通过机器人、自动化、人工智能等技术与行业应用的深度融合,赋能生命科学、新药研发、临床诊断、应用化学及先进制造等领域的创新突破和数字化革新,为每个人创建更高效、更健康、更美好的世界。 

 

在生命科学领域,镁伽通过不断开发创新、高质量的智能自动化产品,为客户提供多元化、全流程的解决方案,目前已经实现了从研发端、生产端到下游检测检验实验室的全链条覆盖,助力生命科学研究的探索与发展。同时结合自主研发的通用型智能生物实验室——镁伽鲲鹏实验室的科研能力,为行业带来高附加值的生产力工具和服务,加速新药研发、细胞基因治疗、类器官以及合成生物学等领域的智能自动化变革,改善人类生命健康。 

 

同时,我们的解决方案和服务也被广泛应用于先进制造领域,深度服务集成电路、新型显示、绿色能源等行业。镁伽通过自主掌握的高精度运动控制、亚像素图像处理、高速实时信号处理、2D+3D+AI 视觉等技术,结合自主研发的 InteVega 视觉平台、MEGAAI 算法平台,开发出多项具有行业先进技术水平的集成电路、新型显示等领域制造和测试装备及生产工艺,目前已覆盖多个行业主流客户群体。 

 

此外,镁伽基于在自动化、人工智能、自动光学检测(Automatic Optic Inspection,简称 AOI)、电化学检测等核心技术的积累,为全球绿色能源动力及储能行业客户提供自动化产线整体解决方案、自动光学检测及电化学检测设备,帮助客户提高自动化生产水平和检测效率。 

 

镁伽拥有千余名跨领域的人才团队,研发人员占比 60%。镁伽坚持以自主研发和技术创新为驱动,已积累多项具备世界竞争力的核心技术,累计申请专利超 1000 项。国际总部位于新加坡,同时在美国、德国、日本设有研发中心及营销中心,在中国北京、上海、深圳、杭州、苏州及香港设有分支机构。 

 

目前镁伽已完成 C 轮融资,获得众多战略和财务投资机构的青睐和认可,主要投资人包括药明康德、德国博世、义翘神州、高盛资产管理、亚投资本、纪源资本、创新工场、愉悦资本、经纬创投、新加坡蘭亭投资等。 

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