AI虛擬細胞，又迎來重磅里程碑！

近日，融資10億美元的AI+生物醫(yī)藥公司Xaira Therapeutics宣布，推出其首個虛擬細胞模型X-Cell。

該模型基于擴散模型打造，高達49億參數(shù)，是迄今為止最大的虛擬細胞模型，各項性能全球領(lǐng)先。

團隊表示， 頂級數(shù)據(jù)與新穎架構(gòu)結(jié)合后，結(jié)果是讓模型具有極強的零樣本推理能力：

未見的細胞類型、未見的暴露，以及來自不同實驗室使用不同技術(shù)的結(jié)果。

該研究的預印本論文已發(fā)布，文中分享了該工作的大量細節(jié)，以及驗證過程。

公司表示， Xaira計劃將部分模型及其底層數(shù)據(jù)提供給其他科學家。

可以說，AI虛擬細胞領(lǐng)域，又向前邁進了一步。

最強細胞模型誕生

為什么需要虛擬細胞？

很多時候，人們想知道吃某種藥對身體有沒有用，科學家也想知道 “改變某個基因或藥物，細胞會出現(xiàn)什么情況”。

但細胞太復雜了。

同樣是敲掉一個基因，在皮膚細胞里和在免疫細胞里的效果可能完全不一樣；而且能干預的基因、細胞類型太多，不可能一個個做實驗。

虛擬細胞模型就是為了這一愿景而來，僅僅通過在電腦上調(diào)整幾個數(shù)據(jù)，我們就能知道細胞對不同干預后的反應。

為了打造該模型，團隊打造了有史以來最大的全基因組擾動數(shù)據(jù)集X-Atlas/Pisces。

該數(shù)據(jù)集涵蓋 2560 萬個擾動單細胞轉(zhuǎn)錄組，涵蓋 15.2 萬 + 獨特的擾動 - 環(huán)境組合，分布在七個生物多樣性的細胞環(huán)境中，規(guī)模是 Xaira 之前數(shù)據(jù)集X-Atlas/Orion 的三倍多。

于是基于X-Atlas/Pisces， Xaira訓練了虛擬細胞X-Cell。

這是一款擴散模型，通過迭代擴散過程模擬從對照狀態(tài)到擾動狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄組轉(zhuǎn)變，還融合多模態(tài)生物先驗知識。

圖： X-Cell模型框架

其數(shù)據(jù)規(guī)模相較于此前的細胞模型有了大幅度提升。

圖：虛擬細胞參數(shù)規(guī)模

數(shù)據(jù)顯示，X-Cell具有性能優(yōu)勢。

PearsonΔ核心指標，它專門用來衡量模型預測"擾動"效果的能力，X-Cell 較 STATE、scGPT 等現(xiàn)有最好模型提升最高 5 倍。

X-Cell還有較強的泛化能力。

例如，零樣本的條件下，它成功預測激活態(tài) Jurkat 細胞中 T 細胞失活擾動（如 CD3 復合物），準確識別 APPL2、LRBA 等潛在調(diào)控因子。

圖： X-Cell區(qū)分了JurkatT細胞中的生理狀態(tài)轉(zhuǎn)變

X-Cell還具有 跨細胞類型遷移能力。對未見過的 iPSC 衍生黑素細胞祖細胞、多供體原代人 CD4+ T 細胞，零樣本預測性能優(yōu)于所有基線。

不僅如此，模型還具有預測從基因擾動預測信號通路和化學藥物擾動效果，Tahoe-100M 藥物數(shù)據(jù)集上 Pearson Δ 達 0.31（優(yōu)于 STATE 的 0.22）。

預印本還表示，隨著數(shù)據(jù)和模型容量的增加，性能可預測地提升，這對之后模型性能提升有重要意義。

能用來干什么？

很多人疑問，虛擬細胞能夠用來干什么？

基礎(chǔ)研究：它能幫助搞懂細胞運作規(guī)律，為基礎(chǔ)生物學研究提供線索。

新藥研發(fā)：可以先讓模型預測 “關(guān)掉哪個基因能抑制癌細胞”，再針對性做實驗，大大減少時間和成本。

精準治療：比如同樣一種藥，模型能預測它在不同患者的細胞里效果如何，幫醫(yī)生判斷 這個患者適合用這個藥。

事實上，很多大佬已經(jīng)看到虛擬細胞的巨大潛力。

被譽為“女版巴菲特”木頭姐，其創(chuàng)辦的ARK Invest發(fā)布《Big Ideas》報告中，將虛擬細胞列為未來AI+生命科學最具有顛覆性的領(lǐng)域之一。

諾貝爾化學獎的Demis Hassabis曾表示，他的終極夢想之一是構(gòu)建虛擬細胞，這將徹底改變生物學研究，可能需要長達10年的時間去實現(xiàn)。

扎克伯格旗下的陳-扎克伯格倡議（CZI）也正在將數(shù)億美元投向虛擬細胞。該機構(gòu)擁有全球最大的單細胞生物數(shù)據(jù)存儲庫之一。

為了這一宏大目標，全球多個組織和公司正積極探索AI虛擬細胞的構(gòu)建與優(yōu)化。

模型層面，近年來涌現(xiàn)了多個單細胞大模型，以及整合生命分子的生物學基礎(chǔ)大模型，都極大地促進了技術(shù)突破與發(fā)展。

圖：單細胞以及生物學基礎(chǔ)大模型

Xaira：AI制藥夢之隊

此次打造X-Cell的團隊，也是AI制藥公司Xaira Therapeutics成立2年來的重磅成果。

Xaira究竟是何方神圣？這家公司成立之初就獲得10億美元支持，轟動業(yè)界。

公司成立于2024年4月，其創(chuàng)始人、高管、投資人、顧問都是生命科學領(lǐng)域的頂級陣容，希望打造下一個顛覆生命科學行業(yè)的公司。

Xaira的使命是運用人工智能技術(shù)，創(chuàng)造下一個基因泰克。

公司科學聯(lián)合創(chuàng)始人為諾貝爾化學獎得主、華盛頓大學蛋白質(zhì)設(shè)計研究所所長David Baker博士，該實驗室設(shè)計了多個全球領(lǐng)先的基于蛋白質(zhì)的藥物開發(fā)模型，多位博士生全職加入了Xaira Therapeutics。

公司的首席執(zhí)行官Marc Tessier-Lavigne是前斯坦福校長，他還曾任基因泰克首席科學官。另一位聯(lián)合創(chuàng)始人Hetu Kamisetty 博士，他曾供職于Meta和蛋白質(zhì)設(shè)計研究所。

左：Marc Tessier-Lavigne；右：David Baker

去年4月， Xaira 宣布任命多倫多大學頂尖 AI 學者Bo Wang為生物醫(yī)學 AI 負責人，也是上述項目的主要負責人。

這家最強初創(chuàng)則獲得包括ARCH、Foresite Labs、F-Prime、NEA、紅杉資本、Lux Capital、Lightspeed Venture Partners、Menlo 、 Ventures、Two Sigma Ventures、帕克癌癥免疫治療研究所 (PICI)、拜耳、Rsquared 和 SV Angel 等一眾海外頂級投資機構(gòu)的支持......

其中，著名的生物醫(yī)藥風險投資基金ARCH Venture Partners，押上了其成立以來的最大賭注，向該公司投了2億美元。

這樣豪華的團隊，正在引領(lǐng)AI+生物學的下一個圣杯。

—The End—