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Como Físico Utiliza IA Para Encontrar Novos Medicamentos

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Foto de Wen Shuhao, fundador da startup chinesa Xtalpi

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Em 2016, Wen Shuhao e sua equipe participaram de um teste realizado pela Pfizer para prever a eficiência de um medicamento. O físico chinês, pós-doutorado pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), desenvolveu um programa que utiliza IA e cálculos baseados em física quântica para encontrar estruturas adequadas para a produção de medicamentos. E funcionou muito muito.

O programa de Wen alcançou uma taxa de precisão de previsão de 100% e sua startup, na quadra pequena, Xtalpi, recebeu uma parceria de 10 anos com a Pfizer para a invenção de medicamentos em estágio inicial. Durante a pandemia, a empresa chinesa ajudou a apressar o desenvolvimento do Paxlovid, o primeiro medicamento vocal para Covid ratificado nos EUA.

“Durante o desenvolvimento do Paxlovid, nós realmente visualizamos porquê nossos algoritmos ajudaram a resolver problemas”, recorda Wen, o cofundador e presidente da Xtalpi, em uma entrevista remota, da sede de sua empresa em Shenzhen, China. “Contribuímos significativamente para mitigar o impacto da pandemia de Covid.”

Depois de trabalhar com gigantes farmacêuticas globais porquê Eli Lilly, Johnson & Johnson e Merck para desenredar novos medicamentos usando os algoritmos de IA e física quântica, Wen pensou que poderia utilizar a tecnologia para outras indústrias. Ele logo encontrou duas candidatas para sua empresa de 10 anos: painéis solares e baterias de veículos elétricos.

Novos negócios a caminho

Wen espera que a receita do novo negócio de invenção de materiais seja pelo menos igual à do negócio de invenção de medicamentos nos próximos três anos. Com os potenciais royalties dos 39 programas de saúde em curso, a Xtalpi pode atingir o ponto de estabilidade do Ebitda em 2025.

“Mormente com o negócio de materiais, que tem um ciclo de monetização mais limitado, seremos capazes de atingir o ponto de estabilidade mais rapidamente”, diz Wen. “Uma vez que cruzarmos esse ponto, nossas margens de lucro continuarão a crescer porque ganharemos royalties dos projetos em que participamos sem ter que nos envolver em vendas e produções.”

Números em 2024

No primeiro semestre de 2024, o período financeiro mais recente disponível, a Xtalpi obteve quase toda a sua receita de 102,6 milhões de yuans (US$ 14 milhões) com a invenção de medicamentos por IA, com o restante proveniente de novos serviços de invenção de materiais.

A empresa listada em Hong Kong atribuiu o incremento de 28% nas vendas em segmento ao seu primeiro pagamento de marco galeno, por um valor não divulgado, da startup chinesa de biotecnologia Signet Therapeutics. Isso aconteceu depois que um medicamento candidato que a Xtalpi desenvolveu para cancro gástrico difuso, uma forma de cancro de estômago, recebeu aprovação da Food and Drug Administration (FDA) dos EUA para iniciar testes em humanos.

O prejuízo líquido da Xtalpi, no entanto, aumentou 46%, para 1,3 bilhão de yuans durante o mesmo período. A empresa atribuiu isso à perda significativa do valor de ações preferenciais resgatáveis. Enquanto isso, a startup continuou investindo em pesquisa e desenvolvimento e gastou 210,4 milhões de yuans no primeiro semestre de 2024 — 10% menos do que em 2023.

Inspiração

Wen se inspirou a submergir na invenção de medicamentos enquanto ajudava um primo na China a encontrar fármacos mais baratos para o cancro de fígado. Ele viu uma diferença significativa no nível de desenvolvimento da indústria dos EUA em verificação ao seu país de origem, onde a maioria dos pacientes com cancro dependia de remédios importados. Wen queria usar sua experiência no uso de equações matemáticas sofisticadas para estudar comportamentos moleculares e reduzir a vácuo no desenvolvimento de medicamentos.

“A segurança de uma molécula de medicamento e suas interações dentro do corpo humano são regidas pelos princípios da mecânica quântica”, explica Wen. “Éramos muito idealistas, acreditávamos que, com IA e robótica, poderíamos aumentar a eficiência do desenvolvimento de medicamentos e reduzir seus custos, para que as empresas farmacêuticas ainda pudessem obter lucro enquanto tornavam a medicação alcançável ao público.”

Em 2015, Wen voltou para a China e fundou a Xtalpi com os pós-doutorandos do MIT Ma Jian e Lai Lipeng. A Xtalpi era – e ainda é – uma das poucas empresas de invenção de medicamentos por IA na Ásia e rapidamente despertou o interesse de investidores.

IPO e investidores

De entendimento com o prospecto de IPO da Xtalpi, arquivado em 2023, a empresa disse ser a startup com o maior financiamento do mundo nesse segmento, com US$ 732 milhões, levantados por empresas porquê Tencent, firmas de capital de risco chinesas Hongshan e 5Y Capital, Google, Susquehanna International Group, Sino Biopharmaceutical e Vision Fund 2, do SoftBank.

A startup se tornou pública em um IPO de US$ 127 milhões em Hong Kong em junho de 2024.

Porquê a Xtalpi atua

A Xtalpi procura se enobrecer com seus algoritmos de física quântica, que Wen diz que poderiam aumentar a precisão da previsão de interações moleculares – cruciais para a eficiência e segurança dos medicamentos. Os algoritmos calculam as estruturas moleculares, e os conjuntos de dados resultantes são usados para estágio de máquina e para o treinamento de seus modelos de IA, que, logo, examinam bilhões de moléculas e mostram quais poderiam potencialmente ser transformadas em novos medicamentos. As moléculas potenciais são posteriormente testadas nos laboratórios robóticos da Xtalpi em Shenzhen e Xangai, muito porquê em Somerville, Massachusetts.

Ao contrário de pares, porquê a Insilico Medicine, apoiada pela Qiming em Hong Kong, e a Recursion Pharmaceuticals, apoiada pela Nvidia nos EUA, a Xtalpi não desenvolve seus próprios medicamentos do início ao termo. Em vez disso, ela fornece algoritmos proprietários projetados para a invenção de medicamentos em estágio inicial, o que Wen diz que poderia apressar o processo em muro de 50%. Esses algoritmos ajudam as empresas farmacêuticas a identificar moléculas que podem interagir com seus alvos de medicamentos – moléculas específicas envolvidas no processo da doença – para motivar efeitos terapêuticos e otimizar as moléculas promissoras para que estejam prontas para testes clínicos em humanos.

“A tecnologia da Xtalpi combina física quântica, IA e robótica, por isso é única”, diz Ted Jing, diretor administrativo da 5Y Capital. “O padrão de negócios da Xtalpi permite que ela gaste os recursos na melhoria de sua tecnologia, em vez de arriscá-los em testes em humanos. Embora esteja obtendo um retorno menor do que os fabricantes de medicamentos, sua infraestrutura técnica líder continuará a atrair clientes.”

IA na Indústria Farmacêutica

Para ter certeza, existem algumas dúvidas sobre as capacidades tecnológicas da Xtalpi. Derek Lowe, um veterano da indústria farmacêutica dos EUA, diz que calcular porquê as moléculas interagem para fins terapêuticos é intenso e difícil de colocar em prática porque é um “problema de computação muito complicado”.

“Até agora, nenhuma simulação de mecânica quântica foi confiável o suficiente para gerar dados nos quais você treinaria um padrão de estágio de máquina”, comenta Lowe. “Se você pegasse uma rima de 100.000 estimativas quânticas de relação de compostos e a alimentasse em um padrão de estágio de máquina, você obteria muito lixo.”

No entanto, o lançamento do ChatGPT, em 2022, despertou uma esperança renovada para o estágio de máquina na espaço médica.

A Manas AI, uma startup de invenção de medicamentos por IA dos EUA, cofundada pelo bilionário Reid Hoffman, levantou US$ 24,6 milhões em uma rodada inicial. Isso marcou o mais recente investimento importante no setor, que viu a Advanced Micro Devices injetar US$ 20 milhões na Absci do Canadá no início de janeiro e a Nvidia investir US$ 50 milhões na Recursion em 2023.

A Organização Mundial da Saúde já identificou pelo menos 73 medicamentos potenciais derivados de IA. Alguns falharam em testes em humanos, outros ainda estão em temporada de testes em pacientes, mas nenhum chegou ao mercado.

Lowe acrescenta que, mesmo que a tecnologia da Xtalpi funcione, a empresa e seus pares estão somente acelerando “a segmento mais curta e barata de todo o processo de invenção de medicamentos”. Os testes em humanos são a segmento mais difícil, com uma taxa de omissão de 85%, porque são baseados na biologia e “as técnicas computacionais agora não podem ajudar”.

Nobel de Química

Wen acha que o veste de o Prêmio Nobel de Química de 2024 ter sido outorgado em conjunto à equipe que desenvolveu o Alphafold mostra o potencial da IA na espaço médica.

AlphaFold é uma utensílio de IA codesenvolvida pelos cientistas do Google DeepMind, Demis Hassabis e John Jumper, que pode prever as estruturas de proteínas em minutos, o que ajuda os cientistas a entender melhor porquê os blocos de construção da vida funcionam e, assim, terebrar novas avenidas para o desenvolvimento de medicamentos.

Wen acrescenta que a adoção de IA pela indústria farmacêutica é um testemunho da tecnologia. Todas as 10 maiores fabricantes de medicamentos do mundo por valor de mercado investiram em IA por meio de desenvolvimento interno e parcerias com startups. Entre elas está a Eli Lilly dos EUA, que fechou um entendimento no valor de até US$ 250 milhões com a Xtalpi em 2023 para desenredar medicamentos potenciais para uma doença não revelada. “Todas as gigantes farmacêuticas que estão trabalhando nos medicamentos mais desafiadores estão abraçando a IA, logo por que alguém ainda teria dúvidas sobre isso?” diz Wen. “A IA se tornará uma utensílio fundamental nas indústrias farmacêutica e de materiais. Todos têm que usá-la; se você não usar, será menos eficiente do que os outros.”

Painéis Solares

Antes que a Xtalpi pudesse ajudar a entregar o próximo medicamento que salva vidas, ela se aventurou a desenredar novos materiais. Wen teve a teoria pela primeira vez há muro de três anos, quando estava vendo porquê poderia expandir a emprego da tecnologia da startup.

A física quântica sustenta grande segmento da ciência dos materiais moderna, portanto, combinando a triagem de IA de conjuntos de dados massivos e testes robóticos, a Xtalpi poderia ajudar a fazer painéis solares, baterias, fertilizantes e outras aplicações melhores, adicionando novas propriedades aos materiais existentes. “Medicamentos são o tipo mais provocador de material porque envolvem a complicação da biologia humana. Fazer outros materiais é muito mais simples”, conta Wen. “Ao contrário dos medicamentos, os materiais não exigem anos de testes clínicos. Uma vez que atingem o efeito desejado, eles podem rapidamente gerar bons retornos comerciais.”

Wen vê potencial em ajudar a comercializar um material de tela solar mais eficiente em termos de virilidade chamado perovskita, que os cientistas têm lutado por duas décadas para produzir em tamanho. Ao combinar perovskita com células solares de silício convencionais, um tela solar pode transmutar até 43% da luz solar que recebe em eletricidade, contra o limite atual de menos de 30%, descobriram os cientistas. Embora o processo de fabricação de perovskita seja mais barato e rápido, o material é difícil de produzir em tamanho devido à sua baixa duração e segurança.

Baterias

Outra espaço que Wen está analisando é a de baterias para veículos elétricos de próxima geração. Muitos grandes fabricantes de carros e baterias têm corrido para produzir baterias de estado sólido em tamanho, mas ninguém teve sucesso. Por isso, elas  foram apelidadas de “o santo graal” das baterias. A promessa é que leste tipo contenha mais armazenamento, carregamento mais rápido e maior segurança.

Algumas empresas estão convencidas de que a tecnologia da Xtalpi poderia ajudar a tornar verosímil a comercialização desses materiais de ponta. Em agosto, a GCL Holdings, uma empresa de virilidade chinesa controlada pelo bilionário Zhu Gongshan, concordou em remunerar à Xtalpi mais de US$ 135 milhões para atualizar materiais, incluindo perovskita e aqueles para baterias de VE.

“Se você me dissesse que eu tenho que inaugurar uma empresa de invenção baseada em física quântica, eu imediatamente pularia para materiais”, afirma Lowe, que é PhD em química orgânica pela Duke University. “A Xtalpi tem uma chance melhor de sucesso lá porque o ciclo de testes é muito mais rápido e barato.”

Wen está positivo de que a Xtalpi pode se primar tanto em seus serviços de invenção de medicamentos quanto de materiais. No mês pretérito, a Xtalpi firmou uma parceria estratégica com a Microsoft China, na qual eles co-desenvolverão modelos de IA para descobertas de medicamentos e materiais. “Toda revolução industrial enfrenta resistência”, diz Wen. “Nossa tecnologia é rara, e somos capazes de gerar super medicamentos e super materiais de cima valor associado… estamos agora no estágio inicial da explosão mercantil.”

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