AI が次世代医薬品設計を支援する仕組みと課題
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MIT Technology Review AI
アストラゼネカは AI を活用した設計プロセスにより、創薬のサイクルを短縮し、従来不可能とされていた標的への治療薬開発を実現する新たなアプローチを導入している。
AI深層分析を開く2026年8月4日 02:05
AI深層分析
キーポイント
AI による創薬効率化の実践
アストラゼネカは AI を用いて候補分子を計算的に生成・選別し、実験リソースを上位候補に集中させることで開発サイクルの短縮と生産性の向上を実現している。
複雑な生物学的医薬品の設計
AI モデルは複数の標的を同時に狙う多特異性バイオロジクスや、特定の細胞へ治療薬を精密に届ける設計において、効力・安定性・製造可能性のバランス最適化を支援する。
「治療不能」領域への挑戦
AI の導入により、以前は医薬品で到達不可能と考えられていた標的に対する治療薬開発が現実味を帯びており、「治療不能な疾患の創薬」が可能になりつつある。
次世代医薬品の設計と「治療不可能」への挑戦
AIは複数の標的を同時に狙う多価性生物学的薬剤の設計や、従来 unreachable と考えられていた標的へのアプローチを可能にする。これにより分子の効力、安定性、製造可能性、安全性を最適化し、患者への恩恵が期待される。
高品質データによるAIモデルの差別化
AIモデルの性能は訓練データの質に依存するため、独自の多様な分子構造や安全性プロファイルなどのデータを保有することが競争優位性の源泉となる。さらに深層スクリーニング技術への投資により、モデルを継続的に洗練・検証するデータ量を確保している。
重要な引用
Everything we do, whether it's design, make, test, or analyze, is now computationally enhanced.
Drugging the undruggable is becoming a reality.
"Drugging the undruggable is becoming a reality."
"Data is our differentiator."
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編集コメント
創薬における AI の役割が、単なる効率化ツールから「治療不能領域の開拓」を可能にする中核技術へと進化している様子が明確に示されている。アストラゼネカの事例は、複雑な多変数最適化が必要な次世代バイオロジクス開発において、AI が不可欠なインフラとなっている現実を裏付けている。
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新薬の開発は、費用がかさみ失敗のリスクも高い科学的な挑戦です。一つの医薬品が完成するまでには長期間を要し、莫大な投資が必要となります。それでもなお、候補となった物質の多くは患者のもとに届くことはありません。特に、合成化学ではなく遺伝子組換えタンパク質から作られる生物学的製剤(多くの急性・慢性疾患の治療に用いられています)の場合、その複雑さはさらに増します。
科学者たちは膨大な数の分子を探索し、正しい標的と結合し、ヒト体内で安定し、かつ大規模生産が可能な数少ない候補を見つけ出そうとしています。現在、AI はこれらのプロセスを加速させ、製薬研究開発のインフラの中核として急速に定着しています。

AI を活用した設計は、生物学的製剤候補の開発において重要な役割を果たしており、アストラゼネカのような企業もこれをさらに推進するためにエンジニアリングチームの構築に注力しています。「設計、製造、試験、分析など、私たちが行うすべての活動が計算処理によって強化されています」と語るのは、アストラゼネカのプージャ・サプラ氏です。同氏は同社で研究開発生物工学および腫瘍標的発見部門の上級副社長を務めています。「サイクルタイムは短縮されつつあり、生産性とイノベーションは向上しています」
サプラ氏は、アストラゼネカのアプローチが「構築・測定・学習」のループに基づいていると説明します。AI は候補となる分子を計算機上で生成または優先順位付けし、どの設計が最も成功する可能性が高いかを予測します。その後、科学者は実験室のリソースを上位ランクの候補に集中させることができます。これにより、行き止まりが減り、反復速度が向上し、以前は医薬品では治療不可能と考えられていた疾患標的への取り組みが可能になります。分子の組み合わせの可能性の数が、人間チームが体系的に探索できる範囲を遥かに上回るため、生物学的製剤薬物設計において、AI を用いて試験対象となる選択肢を絞り込み、洗練させることが主要な焦点となっています。
複雑な薬物設計問題への対応
タイムラインの短縮だけでなく、AI は全く新しい医薬品クラスの発見にも活用されています。従来の生物学的製剤は通常、1 つの疾患経路を標的としますが、次世代の薬剤は複数のターゲットに同時に作用したり、治療用 Payload を特定の細胞へ正確に届けることが可能になります。これを実現するには、多くの変数を同時に最適化する必要があります。Puja Sapra 氏は、今後 AI ドライブ型のモデルが、こうした複雑で多特異性の高い生物学的製剤の設計を支援できると説明しています。「例えば、この種のモデルは、基礎的な生物学に基づいて優先すべき 2 つまたは 3 つのターゲットを特定し、分子の効力、安定性、製造可能性、安全性のバランスを取るために複数のパラメータにわたって最適化を行うのに役立ちます」と続けます。
「治療不可能とされていた標的へのドラッグ(薬物化)が現実のものになりつつあります」と Sapra 氏は言います。「これらの技術は最終的に、かつて到達不能と考えられていた標的に対する医薬品開発を可能にし、患者への恩恵の可能性は計り知れません」。
データの堀
マッキンシーの推計では、生成 AI を他の計算ツールと組み合わせることで、創薬のタイムラインを最大 50% 短縮できるとされています。しかし、すべての AI モデルはその学習データの質に依存します。創薬においては、高品質な生物学的データが大量に必要となります。実験はこうしたデータの豊富な源泉です。成功するか失敗するかにかかわらず、各実験は「何が働き、何が働かないか」に関するシグナルを生成します。
「データこそが当社の差別化要因です」とサプラ氏は語り、同社のデータセットが独自のものであり、分子構造、結合測定値、安全性プロファイル、製造結果など多様なモダリティを含むことを説明しました。「私たちは複数の疾患領域や薬剤タイプにわたって意図的に多様性のあるポートフォリオを構築しています。これらのすべてが、より豊かで代表性の高いトレーニングセットを用いて最先端のAIモデルを微調整する力を私たちに与えています」とサプラ氏は続け、「さらに、モデルを絶えず改良・検証するために必要な大量のデータを生成するため、深層スクリーニング技術への投資も行っています。」
自律型発見エンジンの構築
これらのデータを一つの場所に集約するため、アストラゼネカはマサチューセッツ州ケンブリッジのケンドールスクエアに「未来のラボ」施設を建設中です。ここではAIとロボティック自動化が連携し、継続的なクローズドループ型の発見システムを形成します。「自動運転車がセンサーとモデルを用いて環境をナビゲートするのと同様に、このシステムはAIで予測を行い、ロボットシステムで実験を実行し、計測機器でデータを生成します」とサプラ氏は説明しました。生成されたデータは直接モデルにフィードバックされ、次のサイクルが加速されます。
「しかし、プロセス全体を通じて科学者が中心的な役割を果たし続けることになります。彼らが監督・判断・戦略的指示を提供することで、出力の説明可能性と許容性を確保し、潜在的な患者への利益へと導くのです」とサプラ氏は付け加えました。
将来的には、自動化された高速スクリーニングシステムが週単位で数千もの分子相互作用の作成と評価を可能にするようになるでしょう。サプラ氏は「これは、従来のワークフローでは到底及ばない規模で AI 学習用のデータを生成することになる」と指摘します。「ロボットによる試料処理や自動品質チェック、統合されたデータパイプラインは、創薬初期段階の開発期間を大幅に短縮する可能性も秘めています。」
次なるフロンティア:ゼロから医薬品を設計する
サプラ氏によれば、AI を生物学的医薬品の探索に応用した際の最終的なビジョンとは、業界で「デノボ(de novo)設計」と呼ばれるものです。これは AI が所望の薬理特性に正確に適合する全く新しいタンパク質配列を生成することを目的としています。具体的には構造の設計、安全性の予測、体内での挙動のシミュレーション、そして製造可能性の実現が含まれます。
「業界は、ゼロから設計された完全に AI 生成型の生物学的医薬品を臨床候補薬として確立する方向で大きな進歩を遂げています」とサプラ氏は語ります。「最先端モデルを活用し、適切なデータセットで微調整を重ねることで、私たちはこの現実により近づいています。実現は時間の問題だと私は信じています。」
この段階に至るためには、いくつかの重要な要素が必要です。まず業界全体でより豊富かつ標準化されたトレーニングデータの整備です。次に、AI が生成した候補薬を評価するための堅牢なベンチマークです。そして何よりも、機械学習と生物学の交差点で活躍できるチームの存在が不可欠です。
しかし、その前提条件の中で最も重要でありながら、おそらく最も議論が少ないのが安全性予測だとサプラ氏は指摘します。「新規設計において最も困難な課題の一つは、計算機によって生成された分子が人体に対して安全かどうかを予測することです」とサプラ氏は説明します。アストラゼネカはこの課題に対し、実質的に仮想臨床試験に相当するアプローチで取り組んでいます。
これは、物理的なテストベッドとして機能する高度な細胞システムやマイクロスケールの臓器モデルと、その出力から学習する AI を組み合わせたものです。「これらのシステムは、従来のテストのボトルネックなしに強化された生物学的シグナルを生成する可能性があり、AI が設計した候補薬と臨床応用可能な候補との間のループを閉じる上で決定的な欠落部分を埋めるものとなります」とサプラ氏は付け加えます。
現在進行中の転換は、分子候補の生成と同時に、その有効性と安全性を予測できるエージェント型 AI システムへの移行です。これらの自律的なワークフローは、疾患レベルの知見を直接分子設計に結びつけ、これまで別々のデータサイロだったものを統合します。「生物学の複雑さは、分子の設計と表裏一体のものなのです」とサプラ氏は要約しています。
人的資源が AI の可能性を開く
バイオロジクス分野で進行中の変革は、単なる技術の話ではありません。サプラ氏は「自律システムが増える中でも、人間の監督が中心にあり、患者の利益のために説明可能で倫理的な AI を確保することが重要だ」と述べています。
科学者にとって、AI との協働は共同作業です。「科学者はこれらのモデル・システムと密接に協力します。モデルが分子を設計し、科学者がシステムと連携してその分子を検証し、すべてのデータを統合する世界が訪れるでしょう。」このように、人間のチェックやバランス、そして判断を通じてモデルは進化し、常に改善され、最終的には患者の利益につながる可能性があります。
エンジニアにとって、人間と AI の協働に適した効果的なシステムを設計・構築することは、高いレベルでのモデルの透明性と説明可能性を確保することを意味します。サプラ氏によれば、アストラゼネカのエンジニアリングチームにはデータサイエンティスト、自動化専門家、AI エンジニアが含まれており、彼らはブラックボックスではなく「思考のパートナー」として機能するシステムを開発しています。「エンジニアは、高速で生成・検証・学習を行うシステムを設計しています。そして課題は本質的に困難です。マルチモーダルデータの融合、クローズドループ最適化、不確実性の定量化、臨床判断における解釈可能性などです。」
こうした技術的に難易度の高い課題に取り組むことで、エンジニアや科学者たちは、多くの疾患に対する命を救う可能性のある治療法の研究開発に貢献する機会を得ています。サプラ氏はこう述べています。「今日開発できる生物学的医薬品も、明日設計するものも、世界最高水準の AI とエンジニアリングの才能を、深い科学的専門知識と組み合わせることに依存しています。」
本記事はアストラゼネカによって発案され、同社が資金を提供しました。文書番号:Z4-85058、発行日:2026 年 7 月。
このコンテンツは、MIT Technology Review のカスタムコンテンツ部門「Insights」によって制作されました。MIT Technology Review の編集チームが執筆したものではありません。調査、デザイン、執筆はすべて人間が行いました。調査の作成やデータ収集も同様です。使用された可能性のある AI ツールは、徹底的な人間のレビューを経た二次的な生産プロセスに限定されています。
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Designing and developing a new medicine is an expensive, failure-prone scientific challenge. A new drug can take many years to develop, at the cost of a significant investment. And even then, most possible candidates never reach the patient. For biologic medicines, therapies made from engineered proteins rather than synthetic chemistry (which are often used to treat conditions across most major acute and chronic diseases), the complexity is even greater.
Scientists explore vast quantities of possible molecules, looking for the rare few that will bind to the right target, remain stable in the human body, and be manufacturable at scale. Today, AI is speeding up these processes and has quickly become a core part of the infrastructure in pharmaceutical R&D.

AI-assisted design is a growing part of how biologic drug candidates are developed, and companies like AstraZeneca are actively building its engineering teams to push this further. “Everything we do, whether it’s design, make, test, or analyze, is now computationally enhanced,” says Puja Sapra, senior vice president and head of R&D biologics engineering and oncology targeted discovery at AstraZeneca. “The cycle times are getting shorter while productivity and innovation increase.”
Sapra explains that AstraZeneca’s approach follows a build-measure-learn loop. AI generates or prioritizes candidate molecules computationally, predicting which designs are most likely to succeed. Scientists then focus lab resources only on the top-ranked candidates. This leads to a tighter feedback cycle with fewer dead ends, faster iteration, and the ability to go after disease targets that were previously considered untreatable by medicine. Because the number of possible molecular combinations far exceeds what any human team can systematically explore, using AI to narrow and refine the options for testing has become a major focus in biologics drug design.
Navigating complex drug design problems
Beyond accelerating timelines, AI is also being applied to the discovery of entirely new classes of medicines. Traditional biologics typically target one disease pathway. The next generation of drugs can hit multiple targets simultaneously or precisely deliver therapeutic payloads to specific cells. Achieving this requires optimization across many variables at once. Looking ahead AI-driven models could help design these increasingly complex, multi-specific biologics, explains Puja Sapra. “For example,” she continues, “such models could help identify which two or three targets to prioritize based on the underlying biology, then optimize across multiple parameters to balance a molecule’s potency, stability, manufacturability, and safety.” “Drugging the undruggable is becoming a reality,” Sapra says. “These technologies will eventually enable us to develop medicines against targets once thought impossible to reach. The potential for benefit to patients is remarkable.”
The data moat
McKinsey estimates that generative AI, combined with other computational tools, could cut drug discovery timelines by as much as 50%. But every AI model is only as good as its training data. In drug discovery, that means ample quantities of high-quality biological data. Experiments can provide a rich source of such data. Whether they succeed or fail, each experiment generates a signal about what does and does not work.
“Data is our differentiator,” says Sapra, explaining how the company’s datasets are proprietary and multimodal and include molecular structures, binding measurements, safety profiles, and manufacturing outcomes. “We’ve built an intentionally diverse portfolio across multiple disease areas and drug types. All of that data empowers us to fine-tune frontier AI models with richer, more representative training sets.” She continues, “Further, we have invested in deep screening technologies to generate additional datasets required in volume to constantly refine and validate our models.”
Building an autonomous discovery engine
To bring all of that data together in one place, AstraZeneca is building what it calls a “lab of the future” facility in Kendall Square, Cambridge, Massachusetts where AI and robotic automation will be able to form a continuous, closed-loop discovery system. “Where a self-driving car uses sensors and models to navigate its environment, this system uses AI to make predictions, robotic systems to execute experiments, and instruments to generate data,” explains Sapra. That data feeds directly back into the models, accelerating each subsequent cycle.
“Throughout, scientists will remain central to the process, providing the oversight, judgement, and strategic direction that ensure outputs are explainable, tolerable, and directed toward potential patient benefit,” she adds.
Eventually, automated high-throughput systems will be able to make and evaluate thousands of molecular interactions on a weekly basis. “This will generate AI-ready data at a scale that traditional workflows cannot match,” Sapra says. “Robotic sample handling, automated quality checks, and integrated data pipelines also have the potential to help accelerate early drug development timelines significantly.”
The next frontier: Generating medicines from scratch
Ultimately, Sapra says, the end-state vision for AI in biologic drug discovery is what the field calls “de novo” design. For this, the goal is for AI to generate entirely new protein sequences that precisely fit the desired drug properties. This includes designing the structure, predicting safety, how it will behave in the body and how to make it manufacturable.
“The field is making great progress toward a completely AI-generated biologic, designed from scratch all the way to a clinical candidate,” Sapra says. “As we continue to leverage frontier models and fine-tune them with the right datasets, we bring ourselves closer to this reality. I believe it will come. It’s a matter of time.”
Several key elements are needed to reach this point, however. First is richer and more standardized training data across the industry. Second, robust evaluation benchmarks for AI-generated candidates. And third, teams that know how to work at the intersection of machine learning and biology. Of all the prerequisites, however, safety prediction may be the most consequential, and perhaps the least discussed, Sapra says.
“One of the hardest problems in de novo design is predicting whether a computationally generated molecule will be safe in the human body,” Sapra explains. AstraZeneca is tackling this with what amounts to virtual clinical trials. These are advanced cell systems and micro-scale organ models that function as physical testbeds, paired with AI that learns from their outputs.
“These systems have the potential to generate enhanced biological signals without traditional testing bottlenecks, and they’re a critical missing piece in closing the loop between AI-generated designs and clinical-ready candidates,” Sapra adds.
A shift currently underway is the move toward agentic AI systems that can simultaneously generate molecule candidates and predict how efficacious and safe they are likely to be. These autonomous workflows can connect disease-level insights directly to molecule design, bridging what were previously separate data silos. “The complexity of the biology goes hand-in-hand with the design of the molecule,” summarizes Sapra.
Human talent unlocks AI potential
The transformation underway in biologics is not just about technology. “With more autonomous systems, human oversight remains at the heart of this approach—ensuring explainable and ethical AI for the benefit of patients,” says Sapra.
For scientists, working with AI is a collaborative process. “Scientists will work hand-in-hand with these model systems,” she says. “There will be a world where models will design molecules, then scientists will work with the systems to test those molecules and put all that data together.” Through this process of human checks, balances, and judgement calls, the models will evolve and constantly improve, ultimately with potential to benefit patients.
For engineers, designing and building effective systems ready for human-AI collaboration will mean ensuring high levels of model transparency and explainability. According to Sapra, AstraZeneca’s engineering teams include data scientists, automation specialists, and AI engineers, who are developing systems that act as “thinking partners” rather than black boxes. “Engineers are designing systems that generate, validate, and learn at speed. And the problems are genuinely hard: Multimodal data fusion, closed-loop optimization, uncertainty quantification, and interpretability at the point of clinical decision-making,” she adds.
In taking on such technically demanding challenges, engineers and scientists have the opportunity to contribute to the research and development of potentially life-changing treatments for many diseases, says Sapra. “The biologic medicines we can develop today, and those we’ll design tomorrow, depend on combining world-class AI and engineering talent with deep scientific expertise.”
This article has been initiated and funded by AstraZeneca. Z4-85058, July 2026.
This content was produced by Insights, the custom content arm of MIT Technology Review. It was not written by MIT Technology Review’s editorial staff. It was researched, designed, and written by human writers, editors, analysts, and illustrators. This includes the writing of surveys and collection of data for surveys. AI tools that may have been used were limited to secondary production processes that passed thorough human review.
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