在科研工作中，我们经常需要阅读大量文献，并尝试复现前辈的研究成果，但大多数情况下，「重走前人路」并非易事。
2012 年，世界最大的生物科技公司之一美国安进生物技术公司的研究人员，对相关领域的 53 份「里程碑式」论文进行验证，希望以这些研究为基础进行药物研发，结果令人咋舌，只有 6 项通过验证，这引发了大众的广泛争议。这些未能通过验证的重要成果不仅被广泛引用，还衍生出了大量的「二手文献」，以上情况竟然发生在直接影响人类生命健康的医学领域，恐怖性可见一斑。
研究成果的可重复性和可验证性是科学研究的基本要求。 然而，实验设备的差异、试剂的质量、实验条件的变化以及读数误差等细微因素，一点点风吹草动都可能影响最终的实验结果，可复现性一直是科研领域面临的重大挑战。
Chemify 创始人、格拉斯哥大学化学教授 Leroy Cronin 认为：如果我们能够拥有一套标准方法来制造药物分子，那就可以基于此产生大量的可实施性成果。他提出的建议是，推进化学数字化，也就是将化学计算、人工智能、机器人技术、自动化等融入化学研究，以标准化硬件或标准化方式来合成分子。
图源：Cronin 社交平台
简单来讲，就是用 AI 探索广阔的化学空间，访问和创建数万亿种可能的自然元素组合。将候选分子所具有的化学信息转换成机器人可以理解的代码，让机器人执行试剂投放、反应后处理、产物分离、纯化等操作。一旦有了发现，新分子的坐标就可以作为代码存储，该代码能够被反复使用，确保机器人操作过程的一致性和可重复性。如下图所示，整个过程中，人类需要做的事情就是「一键启动」。
以上这些在 Chemify 公司得到了实现。Chemify 成立于 2022 年，该公司从格拉斯哥大学分拆而来，作为一家英国高科技化学公司，其开发了世界上第一个「化学图灵机」、世界上第一个化学编译器等，通过将最新的高科技融入分子研发，致力于在全球范围内实现化学数字化。
得益于其突破性研究，公司成立不到 2 年时间，已经连续 3 次被评选为最值得关注的药物研发初创公司，美国国防高级研究计划局、BlueYard Capital 等纷纷表示支持。此外，Chemify 还获得了由 Triatomic Capital 领投的 4,300 万美元融资，今年 10 月， Bill & Melinda Gates Foundation 也追加了投资。
Chemify 官网：
Chemify 公司投资人
「有很多人从事 AI 药物研发，也有很多人从事化学工作，但 Chemify 拥有第一台能够将分子转换为代码、将代码转化为分子的化学计算机，可以一键制造分子」，Cronin 表示。
想要构建化学界自己的图灵机
将前沿的科技融入化学研究，是 Cronin 从小的梦想：「8 岁时，我想将洗衣机和电视上的某些部件拆除，重组成一台新的电脑。为了阻止我拆家，我的父亲给我买了一套化学实验装置，于是我开始尝试将实验装置与收集到的电子部件组合」。
Leroy Cronin
在约克大学获得化学博士学位后，Cronin 持续扎根化学领域，他发现，化学空间甚至「比外太空还大」，但是大多数化学家 90% 的时间却在做已知的基础工作。比如用手工合成已知分子，不仅耗时费力，还存在安全风险（如毒性或爆炸等）。如果能够找到一种方法，根据我们的需要去自动合成目标分子，那化学家们就能从日常琐事中解放出来，去做更有创造性的研究。
构建一系列既能理解又能执行化学操作的模块化机器人或许能够实现上述目标。 然而，十几年前，构建可以制造任何分子的通用化学机器人是无法实现的，因为化学反应极其复杂且难以预测，用来制造分子的指令往往模糊不清或不完整，根本不可能得到多次复现。
Cronin 认为这些问题是可以解决的，「其他人已经证明，通用图灵机理论上能够完成所有可以想象到的计算，那为什么我们不构建一个通用的化学图灵机来完成化学计算 (Chemputation)，从而获取化学代码和一些输入试剂的过程，指令机器人制造真实的分子」。
计算机科学与人工智能之父图灵曾在 1936 年提出通用图灵机的概念，这台理想化的机器配备了一个无限的内存（一个无限的纸带）和一个扫描器，扫描器沿着纸带来回移动，并读取纸带上打印的内容，进一步打印出更多的内容。计算开始前，机器的程序和计算所需的数据都已打印在纸带上，通过选取存储在纸带上的不同程序，操作员可以让机器执行多种任务，例如数学计算、文字处理和下棋等。
在 Cronin 看来，化学界也可以有一个自己的图灵机。 他认为，这种化学图灵机可以通过标准化的指令直接驱动机器人制造真实分子，大幅降低化学实验的门槛，使复杂分子的合成变得更加高效和普及。
研发世界上第一个化学编译器，开启自动化药物发现
受通用图灵机的启发，在格拉斯哥大学任职期间，Cronin 组建了一个 65 人的研究小组，团队每年的预算接近 500 万美元，大约有一半资源被投入到「化学图灵机」的开发中。
团队合影
在他的设想中，这个系统应该由以下几个部分组成：瓶装试剂、圆底烧瓶、过滤和液-液分离组件、旋转蒸发器等物理设备，用于移动化学品的管子、阀门和泵，以及相关的软件程序。
「2013 年左右，我偶然参加了一个无机材料相关的建筑学术会议，发现竟然有人用 3D 打印机打印乒乓球，我认为他们是天才，因为他们启发了我可以用 3D 打印机打印试管、烧瓶等。接下来的日子里，我还邀请了一些工程设计师设计泵和阀门等相关设备」，Cronin 在一次采访中表示。
在软件方面，Cronin 团队开发了世界上第一个化学编译器 Chempiler，用 XDL 作为特定的编程语言， 像我们常用的编译器一样， Chempiler 也能够将原始语言转换成另一种机器可以理解的语言，也就是将化学语言转换为代码指令。
XDL 化学编程语言：
具体来说，Chempiler 可以自动编译化学实验室的实验步骤、设备、材料等，也可以从研究论文中编译相关的化学信息，并标记论文模棱两可的地方。在解决了所有模糊性之后，Chempiler 将这些化学信息转换为代码，指挥机器人进行精确的操作。 在这个过程，AI 技术穿插其中，帮助筛选最佳的目标分子、优化产量、提高效率，形成了一个完全自动化的设计-制造-测试-分析循环。
Chemify 的自动化平台可能是最容易使用和访问的。它基于化学家们几个世纪以来一直使用的烧杯和试管等传统工具构建，遵循分批模式逐步进行实验。Cronin 希望这个系统能够广泛兼容，即可以与任何化学机器人配合使用。
值得一提的是，传统的化学实验室中，很多实验结果往往难以重复，但在 Chemify 的实验室里，情况大不相同。这里的化学计算机能够精确地执行每一步操作，这种标准化流程使得整个实验过程变得异常可靠。
尽管 Cronin 提出，几乎任何实验室都能以不到 10,000 美元的成本搭建起这样的自动化系统，但许多化学家对此仍持保留态度。为了证明这套系统的价值和潜力，Cronin 团队使用该平台成功合成了几种重要的药物，包括盐酸苯海拉明、卢非酰胺和西地那非等。
论文原文：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav2211
Chemify 即将进军美国市场
目前，团队拥有 25 个不同的机器人系统，可以在有机药物合成、能源材料发现、纳米材料发现、配方发现等领域运行，这吸引了多家公司的兴趣并与其合作。
今年 10 月份，Bill & Melinda Gates Foundation 与其合作，开发用于治疗结核病和疟疾的新药。
对此，Cronin 表示：「结核病、疟疾每年影响数百万人的生命。在 Bill & Melinda Gates Foundation 的资金支持下，我们可以利用数字化学技术加速发现新型小分子疗法」。
其他公司也普遍看到了 Chemify 定制个性化药物的潜力。今年 1 月，Chemify 还与 Prepaire™ Labs 合作，着手开发非成瘾性的阿片类止痛药、治疗阿片类药物成瘾的药物， 以回应美国 FDA 的呼吁，填补药物成瘾治疗领域的空白。
Prepaire 是一家专注于药物发现的医疗技术公司，其整合了深度学习与生物学，致力于开发以遗传学、临床数据为基础的预测模型。双方计划结合 Chemify 的化学计算技术和 Prepaire 的药物开发平台，共同推进更安全、无成瘾性的止痛药研发。Prepaire 联合创始人 Dr. Vicent Ribas 对此表示：「与 Chemify 合作，能够让我们的平台与其化学空间探索方法集成，进而获得新型化学物，我希望未来能够将这种方法拓展到除止痛药以外的更多药物开发上」。
Prepaire 官网：
此外，2023 年，Chemify 也曾与 Dewpoint Therapeutics 合作开发肿瘤学、神经退行性疾病相关药物， 双方利用 Chemify 的 AI 技术和自动化平台，通过「化学编程语言」按需设计、发现、合成复杂分子。Dewpoint CEO Ameet Nathwani 对此充满期待：「Chemify 为我们提供了一条全新的路径，推进我们正在优化的化学物质」。
为了进一步拓展国际市场，Chemify 也在持续发力。今年，公司邀请 Kevin McGowan 博士加入团队，担任首席商务官。这位资深行业专家拥有佛罗里达大学的化学博士学位、杜克大学的工商管理硕士学位、杜克大学的化学理学士学位，曾在 Blink Health 和 Evozyne 等多家企业担任过生物制药增长副总裁、商业高级副总裁等，Cronin 认为，Kevin 的加入将加快公司在美国市场的布局，推动公司的进一步发展。
AI 与医疗深度融合将是大势所趋
Cronin 的一名博士生曾兴奋地分享：「我们每天可以运行数千个实验，因为机器一直在执行所有步骤」，这一切都得益于 Chemify 的核心技术，一个将化学与最前沿科技 (计算机、AI、机器人等) 完美结合的平台。
事实上，早在上世纪 90 年代，制药公司曾尝试设计能够并行执行多个实验的系统，但由于当时算法和数据质量的限制，常常导致「垃圾进，垃圾出」 的结果。而如今，随着人工智能的迅猛发展，结合 Chemify 的独有自动化机器人设备，药物和材料的发现方式正在被彻底改变。
谷歌 DeepMind 联合创始人兼 CEO Demis Hassabis 曾兴奋地指出：「人工智能为人类做的第一件事，就是治愈数百种疾病」。
AI 相比人脑具有「更快、更准确」的天然优势，能够高效完成复杂繁重的工作，在药物研发领域展现了巨大的应用潜力。今年 5 月份，波士顿咨询公司对 100 多家 AI 制药企业的临床管线分析后发现，AI 发现的药物分子成功率实现了翻倍提升，在临床试验 I 期中更是高达 80%-90%，可以预见，AI 正在逐步打破药物研发的瓶颈。
公开数据显示，截至 2023 年底，全球范围内已有 800 多家企业涉足 AI 制药领域，阿斯利康、强生等世界 500 强巨头也包含在内，无论是战略合作还是股权投资，AI 已成为产业发展的核心引擎。未来，AI 与医疗深度融合将是大势所趋， 必将带动整个医疗行业的智能化升级，这场变革的意义不仅在于技术的进步，更在于改善人类健康的美好愿景。
参考资料：
https://wallstreetcn.com/articles/3714784
https://stcn.com/article/detail/1248297.html
https://bigthink.com/the-well/life-chemistry-aliens/
https://www.youtube.com/watch?v=ZecQ64l-gKM
https://news.qq.com/rain/a/20221215A01QZA00
https://www.chem.gla.ac.uk/cronin/news/digitalization-of-chemistry/
https://cx.wanfangdata.com.cn/cnris/zk_huangxiaoru/20211104/640939288627773440.html
https://www.discovermagazine.com/te
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