AI 駆動型創薬におけるデータループの閉鎖を追求
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MIT Technology Review AI
製薬業界は開発コストと失敗率の高さという課題に対し、AI を活用した予測設計でリスクを低減しようとしているが、依然として臨床試験段階のコスト削減や化合物の動的特性予測には限界があり、実験室での検証が不可欠である。
AI深層分析を開く2026年8月4日 01:26
AI深層分析
キーポイント
Eroom の法則と市場圧力
1950 年代以降、新薬開発コストは約 9 年ごとに倍増しており、現在では平均 10〜15 年、10 億〜25 億ドルを要し、失敗率は 90% に達している。
AI の予測設計へのシフト
Cytiva の Paul Belcher は、従来の物理的スクリーニングから、AI を用いた創薬候補の設計と相互作用予測へとパラダイムが転換したと指摘している。
実験室検証の継続的必要性
AI は低品質な候補を事前に排除できるが、動的特性や開発可能性の信頼ある予測は未だ不可能であり、すべての生成候補を実験室で検証する必要がある。
実験チームへの負荷増大
AI 生成化合物の多様化と増加により、従来のスクリーニングワークフローでは対応できず、実験チームはより多くの候補を詳細にテスト・精製する圧力を受けている。
データ不足とバイアスの壁
既存のAIモデルは公開データの限界に直面しており、失敗した実験データが欠如しているため予測精度が低下する。
重要な引用
"The main cost in drug discovery is still the clinical phase, so trying to reduce risk and increase your success rates there is obviously hugely beneficial."
"AI does away with that [physical screening limits]. And it can help eliminate low-quality candidates before you have to physically test them, saving time and resources."
What AI can't do yet is reliably predict kinetics or developability of new compounds.
"Most publicly available datasets and scientific publications focus exclusively on positive results," says Belcher.
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編集コメント
この記事は、AI が創薬現場に浸透しつつある現状を客観的に捉えており、過度な期待と現実のギャップを浮き彫りにしている。技術の限界を認識した上で実験プロセスを再構築する必要性が示されており、実務家にとって極めて示唆に富む内容である。
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創薬は高コスト・高风险の取り組みであり、先行者優位性が市場を支配する中で、そのプレッシャーは増大しています。
1950 年代以降、新薬の開発コストは約 9 年ごとに倍増するという現象が起きています。これは「Eroom の法則」として知られています。現在、新薬を市場に投入するには平均 10〜15 年を要し、費用は 10 億ドルから 25 億ドルに達します。その一方で、失敗率は 90% に達することさえあります。
AI は、創薬の成功率を高め、開発期間を短縮するための製薬業界最大の賭けとなっています。新化学化合物を特定し、試験し、最適化するスピードが速ければ速いほど、開発の後半で生じる高コストな失敗リスクは低くなります。

「創薬における主なコストはまだ臨床試験段階にあります。したがって、この段階でのリスクを減らし成功率を高めることは、明らかに極めて有益です」と、グローバルなライフサイエンス企業 Cytiva のタンパク質研究戦略ディレクターであるポール・ベルチャー氏は語ります。「AI は、製薬会社が期待するアプローチの一つであり、単に時間を節約し開発期間を圧縮するだけでなく、より高品質な候補物質を臨床試験へと送り出すことを可能にするはずです。」
創薬における AI の初期活用は可能性を示していますが、同時に、堅牢で信頼性の高いデータの必要性と、実験室システムとの統合の重要性も浮き彫りにしています。
AI は実験室に効率をもたらす
AI を活用した創薬において、最も有望な初期段階の応用の一つが「ヒット化合物の同定」です。これは、タンパク質などの疾患関連ターゲットに対して分子ライブラリーをスクリーニングし、それと結合する分子を見つけるプロセスです。成功したヒット化合物は、研究者にとってさらなる試験や改良のための出発点となり、最終的には実用化可能な医薬品を開発することを目指します。
ベルチャー氏は、経験則に基づくスクリーニングから予測設計への転換を目撃しています。つまり、薬会社は物理的にライブラリーをスクリーニングするのではなく、AI を活用して創薬候補分子を一から設計し、研究開発(R&D)に着手する前に疾患ターゲットとの相互作用を予測できるようになっています。
これは、企業がスタート地点を見つけるために物理的にスクリーンできる量に限界があるという制約から解放されたことを意味します。「AI はその制約を取り払います」とベルチャー氏は語ります。「また、物理的な試験を行う前に低品質な候補を排除する手助けもでき、時間とリソースの節約につながります。」
しかし、ベルチャー氏によると、AI がまだ確実に行えないのは、新規化合物の反応速度(キネティクス)や開発可能性の予測です。つまり、AI によって生成されたすべての候補は、依然として実験室での検証が必要です。
従来のスクリーニングワークフローは、大量の複雑な候補を詳細にプロファイルするためではなく、スケールしてヒット化合物を同定するために構築されました。この状況が、ラボチームにより大きな負担をかけています。現在、彼らは多様性が増し、量も増加する AI 生成化合物の試験、特性評価、精製を行う必要があるからです。
「現在のヒット化合物同定手法では、バイナリや閾値ベースの技術を用いて数十万から数百万もの化合物をスクリーニングできますが、得られるのは精度の低いデータです。つまり、Yes か No かの二択回答に過ぎません」とベルチャー氏は説明します。「AI を活用すれば、ヒット化合物の数を増やすだけでなく、より高品質な候補も見つけられる可能性があります。そのためには、これらの候補を検証・特徴づけるための、処理能力が高く情報量の豊富な技術への需要が高まります。」
モデルには完全で高品質なデータが必要
AI の発展によりデータに富む実験システムの需要が加速する一方で、より良質で包括的なデータの必要性も浮き彫りになりました。
多くの初期の AI モデルは公開されているデータセットを用いて訓練されてきましたが、現在ベルチャー氏が「データの壁」と呼ぶ局面に直面しています。モデルが同じデータにアクセスできるため、結論も似通っており、時間の経過とともに得られる効果は次第に減少していきます。さらに、これらのデータセットは AI の利用を想定して設計されたものではないため、モデルの精度維持やバイアスの排除に必要な構造化、ラベル付け、多様性が欠けています。
出版バイアスが問題を悪化させています。「公開されているデータセットや科学論文は、正の結果にのみ焦点を当てていることがほとんどです」とベルチャー氏は指摘します。「誰も失敗した結果を共有したがらないのです。このバイアスは、片手を縛られた状態で戦っているようなものです。AI モデルは成功に関連するパターンを特定できますが、予測の信頼性を高めるために不可欠な『失敗』に関する包括的な理解には欠けています。」
ベルチャーがモデルの精度を劇的に向上させるために必要だと考えるデータ、つまり失敗した実験結果や結合しなかった化合物群は、依然として入手が極めて困難な状況にあります。「負のデータを扱う専門誌があればいいのに」と冗談めかして語る彼によれば、「こうしたデータは多くの場合、実験ノートに埋もれたままになり、将来の研究を導くために活用されることはありません。」
この負のデータの欠如は根本的な問題を生んでいます。多様なデータへのアクセスがなければ、モデルはバイアスを回避するための適切な訓練を受けられないからです。「あらゆる機械学習アプリケーションにおいて、モデルの性能はトレーニングデータの質と範囲に大きく依存します」とベルチャーは指摘しています。
AI の登場により、データの捏造が以前よりもはるかに容易になり、データ整合性への懸念をさらに深刻化させています。例えばウェスタンブロット(Western blot)を見てみましょう。これは血液や組織サンプルからタンパク質を同定するための標準的な手法の一部であり、生物医学研究において操作の対象となる最も一般的な手法の一つです。ベルチャーは、オランダの微生物学者エリザベス・ビクの研究を紹介しています。ビク氏は 2016 年に、生物医学論文の約 4% に画像の重複や改ざんが含まれていることを発見しました。これは生成 AI の登場で捏造が容易になる前の話です。
「操作された、あるいは偽造されたデータは科学の世界で常に問題となってきましたが、AI の世界、特にモデルの学習に用いられる場合、潜在的に壊滅的な結果を招く可能性があります」とベルチャー氏は指摘します。「データの改ざんを検証するためのツールをもっと整備する必要があります。」
一部のベンダーはすでにこの課題に取り組んでいます。ベルチャー氏は、Cytiva の「Image Integrity Checker」のようなソリューションを例に挙げています。これはブロックチェーンで使われているのと同じ暗号化ハッシュアルゴリズムを活用し、科学画像が改ざんされていないかを検出するものです。「出版業界からも、これを標準として採用したいという関心が高まっています。文献に掲載されるデータが真正であることを迅速に保証できるからです」と彼は付け加えています。
自律型ラボによるブレークスルーの加速
ベルチャー氏は、将来的な創薬の姿を「人間の介入を最小限にした完全自律型のラボ」と描きます。このビジョンの根幹にあるのは、データの整合性とインフラの統一です。
AI が駆動する暗黒ラボ(またはループ内ラボ)は 24 時間稼働します。予測、試験、最適化というサイクルを回し、その結果を AI モデルにフィードバックして次の実験ラウンドを導きます。これにより、臨床試験に進む候補薬の成功率が向上するとベルチャー氏は指摘しています。より良い出発点と、より多くの最適化ラウンドを重ねることで、副作用などのリスクが少ない優れた候補薬を創り出し、臨床現場へ送り出すことが可能になるはずです。
実験室の自動化には、システム間の統合が不可欠です。つまり、相互運用可能なシステムと、構造化され包括的なデータセット、そして情報の円滑な出入りが求められるのです。しかし、多くのラボはまだその段階に至っていません。「現在、実験室内の機器はスタンドアローン型が多く、連携できていないのが実情です」とベルチャー氏は指摘します。「どんなに優れた技術を持っていても、クローズドなエコシステムであればユーザーがデータを取り出せない限り、何の意味も持ちません。」
統合されたインフラを整備することで、ラボは大規模にFAIR(検索可能で、アクセスでき、相互運用可能で、再利用可能な)データを生成できるようになります。これは個々の実験報告書の内容を補完するだけでなく、次世代のAIモデルの学習にも活用され、計算機科学やAIを活用したドライラボと、物理的なウェットラボの間にあるループを閉じる効果も期待できます。
「私たちの目標は、研究者や科学者がブレークスルーを加速させ、自律型実験室という未来を実現可能なものにしていくことです」とベルチャー氏は語ります。「信頼性の高いデータの生成を支援し、創薬プロセスのワークフローを簡素化することで、彼らが取り組んでいる研究が、より迅速かつ確かな根拠を持って、明日を変える治療法へと結実することを願っています。」
コストと今後の展望について
AIを活用した創薬はまだ黎明期にあります。特に、AIによる設計が主役となって発見された薬剤で、FDAの完全な承認を受けたものはまだありません。ただし、ベルチャー氏は今後2〜3年以内にこの状況が変わると予測しています。
AI が創薬に最終的にどれほどの影響を与えることができるのか。
「究極の目標は、有効性と毒性を完全にシミュレーション上で予測し、物理的な実験室作業のほとんどを不要にすることです」とベルチャー氏は語る。しかし、モデルの成熟度以外にも、規制上の障壁やコストの問題など、多くの課題が立ちはだかっている。
スタンフォード大学の研究では、最先端 AI モデルの学習にかかる費用は 2016 年以降、毎年倍増していることが明らかになった。これは、すでに R&D(研究開発)に莫大な資金を投じている業界にとって、さらに大きな財政的圧力となっている。
ベルチャー氏はこの緊張関係も理解しつつ、将来に対して楽観的な見方を示す。「コスト面でもリスク面でも、AI と実験作業のバランスが取れる段階が必ず訪れると思います。計算資源のコストが臨床開発のコストを上回る限りはない限り、AI は大きな強みとなるはずです」と彼は語る。
Cytiva がどのように迅速な創薬プロセスを通じてタンパク質精製ワークフローを再構築しているかについて詳しくは、こちらをご覧ください。
本コンテンツは、MIT Technology Review のカスタムコンテンツ部門「Insights」が制作したものです。MIT Technology Review の編集チームによって執筆され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。これにはアンケートの作成やデータ収集も含まれます。使用された可能性がある AI ツールは、厳格な人間のレビューを経て二次的な生産プロセスに限定されています。
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Drug discovery is a high-cost, high-risk endeavor that is under growing pressure from a market increasingly defined by first-mover advantage.
Since the 1950s, the cost of developing new pharmaceuticals has roughly doubled every nine years—a phenomenon known as Eroom’s Law. Today, bringing a new drug to market takes an average of 10-15 years and costs anywhere from $1 billion to $2.5 billion, with failure rates upward of 90%.
AI has become the pharmaceutical industry’s biggest bet on bringing success rates up and timelines down. The faster drug companies can identify, test, and optimize new chemical compounds, the lower the risk of costly failures later in development.

“The main cost in drug discovery is still the clinical phase, so trying to reduce risk and increase your success rates there is obviously hugely beneficial,” says Paul Belcher, director of protein research strategy at global life sciences company Cytiva. “AI is one approach that drug companies hope will not only save time and compress timelines, but enable better quality candidates to reach the clinic.”
Early use of AI in drug discovery shows potential, but also highlights the need for robust and authentic data, as well as integration in lab systems.
AI brings efficiency to the lab
One of the most promising early-stage applications of AI in drug discovery is in hit identification. This involves screening libraries of molecular entities against a disease-related target, such as a protein, to find molecules that bind to it. A successful hit gives researchers a starting point for further testing and refinement, with the aim of eventually developing a viable drug.
Belcher has seen a shift from empirical screening to predictive design: Instead of physically screening libraries, drug companies are now using AI to design drug candidates from scratch and predict how they will interact with disease targets before committing anything to research and development (R&D).
This means companies are no longer limited by how much they can physically screen to identify starting points. “AI does away with that,” says Belcher. “And it can help eliminate low-quality candidates before you have to physically test them, saving time and resources.”
What AI can’t do yet is reliably predict kinetics or developability of new compounds, says Belcher. This means every AI-generated candidate still needs to be validated in the lab.
Traditional screening workflows were built to identify hits at scale, not to profile large numbers of complex candidates in detail. This is placing more pressure on lab teams, who now have to test, characterize, and purify a growing volume of more diverse, AI-generated compounds.
“The current techniques used in hit identification can screen hundreds of thousands, sometimes millions of compounds, using binary or threshold-based techniques producing low-fidelity data—yes-or-no responses,” Belcher explains. “AI can increase the number of hits you get and potentially give you better quality hits as well. That increases demand for higher-throughput, information-rich technologies to then validate and characterize those hits.”
Models need complete, quality data
As AI has accelerated demand for data-rich lab systems, it has also highlighted a fundamental need for better, more complete data.
Many earlier AI models were trained on publicly available datasets and are now hitting what Belcher calls a data wall. Because models have access to the same data, they all reach similar conclusions, with diminishing returns over time. Additionally, the datasets weren’t built with AI in mind, meaning they lack the structure, labeling, and diversity needed to keep models accurate and free of bias.
Publication bias reinforces the problem. “Most publicly available datasets and scientific publications focus exclusively on positive results,” says Belcher. “No one wants to share their failures. This bias is almost like having one hand tied behind your back. AI models can identify patterns associated with success, but they lack the comprehensive understanding of failures that would make predictions more reliable.”
The data Belcher believes would markedly improve models—the failed experiments, the compounds that don’t bind—remains frustratingly difficult to come by. “We often joke that there should be a journal of negative data,” he says. “It’s often buried in lab notebooks, and it’s never used to inform or guide future research.”
This lack of negative data creates a fundamental problem: Without access to a broad range of data, models can’t be adequately trained to avoid bias. “In all machine learning applications, the model’s performance relies heavily on the quality and scope of the training data,” notes Belcher.
Fabrication has also become much easier with AI, compounding concerns around data integrity. Take Western blots, for example. These are part of a standard technique for identifying proteins in blood or tissue samples, and they are among the most common targets for manipulation in biomedical research. Belcher cites research by Dutch microbiologist Elisabeth Bik, who found that almost 4% of biomedical papers contained duplicated or manipulated images. This was back in 2016, before generative AI made fabrication trivial.
“Manipulated or faked data has always been a problem in science, but in the AI world, especially when used to train models, it could have potentially disastrous consequences,” says Belcher. “There needs to be more tools to verify that data is not manipulated.”
Some vendors are starting to tackle this challenge. Belcher points to solutions like Cytiva’s Image Integrity Checker, for instance, which uses secure hash algorithms—the same technology used in blockchain—to detect whether scientific images have been tampered with. “We’re starting to see a lot of interest from publishing houses that want to adopt this as standard because it’s a quick way to ensure that what gets published in the literature is genuine,” he adds.
Autonomous labs could accelerate breakthroughs
Belcher describes the future state of drug discovery as fully autonomous labs that run with minimal human intervention. Foundational to this vision is consistency in data and infrastructure.
These AI-driven dark labs, or labs-in-the-loop, operate around the clock. They cycle through prediction, testing, and optimization, and then feed results back into AI models to guide the next round of experiments. This can improve the success rates of drug candidates entering clinical trials, says Belcher. Better starting points, combined with more rounds of optimization, should result in better candidates with fewer liabilities reaching the clinic.
But automating a lab depends heavily on integration. That means interoperable systems, highly structured and comprehensive datasets, and information flowing easily in and out. Most labs aren’t there yet. “Today, a lot of the instruments in labs are standalone,” Belcher notes. “You can have the best technology in the world, but if it’s a closed ecosystem—if the user can’t get the data out—it doesn’t do any good.”
An integrated infrastructure can enable labs to generate FAIR (findable, accessible, interoperable, and reusable) data at scale. This would not only inform individual lab reports, but could also train subsequent generations of AI models, effectively closing the loop between the computational, AI-driven dry lab and the physical wet lab.
“Our goal is to help scientists and researchers accelerate their breakthroughs and make that future state of autonomous labs a real possibility,” says Belcher. “We want to help them generate reliable data, simplify workflows in discovery, and hopefully enable what they’re working on to become tomorrow’s life-changing therapies, faster and with greater confidence.”
On costs and what comes next
AI-driven drug discovery is still in its early days. Notably, no drug discovered primarily through AI-driven design has yet received full FDA approval—although Belcher expects that to change in the next two to three years.
How big of an impact could AI eventually have on drug discovery? “The holy grail would be full in silico prediction of efficacy and toxicity, eliminating the need for the vast majority of physical wet lab work,” says Belcher. But there are many barriers to this beyond the maturity of the models, including regulatory hurdles and cost challenges.
A Stanford study found that the cost of training frontier AI models has more than doubled every year since 2016, adding more financial pressure to a sector already defined by exceptionally high R&D spend.
Belcher acknowledges the tension, but remains optimistic about what’s ahead. “I think we’ll get to a point where there’s a balance between AI and wet work, from a cost perspective and a risk perspective,” he says. “As long as the cost of compute doesn’t ever outweigh the cost of clinical development, I think AI is going to be an advantage.”
Learn more about how Cytiva is using faster discovery to reshape protein purification workflows.
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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