综述:人工智能驱动的抗体设计与优化计算方法

【字体: 时间:2025年07月21日 来源:mAbs 5.6

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  这篇综述系统阐述了人工智能(AI)在抗体药物开发中的前沿应用,重点介绍了机器学习(ML)、深度学习(DL)和计算建模在抗体表位预测、亲和力成熟(Affinity Maturation)及人源化(Humanization)等关键环节的技术突破,为加速下一代治疗性抗体(Therapeutic Antibodies)研发提供了创新方法论。

  

人工智能重塑抗体药物开发范式
随着生物医药进入智能化时代,人工智能驱动的计算方法正在彻底改变抗体药物的研发流程。传统耗时数年的抗体开发周期,如今通过机器学习算法可缩短至数月甚至数周,这种变革性突破源于三大核心技术支柱的协同发展。

计算表位预测技术
基于卷积神经网络(CNN)和注意力机制(Attention Mechanism)的新型算法,能够从海量蛋白质序列数据中精准识别抗原表位(Epitope)。特别是AlphaFold2衍生模型在空间构象预测上的突破,使得不依赖晶体结构的B细胞表位(B-cell Epitope)预测准确率提升至85%以上。

智能亲和力优化系统
生成对抗网络(GAN)与强化学习(RL)的结合创造了突破性优化平台。例如使用3D-CNN模型分析抗体-抗原复合物(Ab-Ag Complex)的分子动力学模拟数据,可自动生成提升结合自由能(ΔGbind)的突变方案,某些案例中亲和力提升达103倍量级。

全自动化人源化流程
深度迁移学习(Transfer Learning)技术解决了种间免疫原性难题。通过训练在数百万个人源抗体序列上的Transformer模型,系统可自动保持CDR区(Complementarity-Determining Region)活性的同时,将鼠源抗体框架区(Framework Region)替换为人源序列,成功率较传统方法提高40%。

挑战与未来方向
尽管取得显著进展,当前AI抗体设计仍面临训练数据稀缺、体内外相关性预测等瓶颈。新兴的联邦学习(Federated Learning)和多模态融合技术有望突破这些限制,而CRISPR筛选数据与AI模型的结合将开启个性化癌症抗体治疗的新纪元。

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