Físico do MIT Usa IA Para Encontrar Novos Medicamentos

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Em 2016, Wen Shuhao e sua equipe participaram de um teste realizado pela Pfizer para prever a eficácia 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 bem.

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

“Durante o desenvolvimento do Paxlovid, nós realmente visualizamos como 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 aliviar o impacto da pandemia de Covid.”

Depois de trabalhar com gigantes farmacêuticas globais como Eli Lilly, Johnson & Johnson e Merck para descobrir 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 descoberta de materiais seja pelo menos igual à do negócio de descoberta de medicamentos nos próximos três anos. Com os potenciais royalties dos 39 programas de saúde em andamento, a Xtalpi pode atingir o ponto de equilíbrio do Ebitda em 2025.

“Especialmente com o negócio de materiais, que tem um ciclo de monetização mais curto, seremos capazes de atingir o ponto de equilíbrio 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 descoberta de medicamentos por IA, com o restante proveniente de novos serviços de descoberta de materiais.

A empresa listada em Hong Kong atribuiu o crescimento de 28% nas vendas em parte ao seu primeiro pagamento de marco clínico, por um valor não divulgado, da startup chinesa de biotecnologia Signet Therapeutics. Isso aconteceu depois que um medicamento candidato que a Xtalpi desenvolveu para câncer gástrico difuso, uma forma de câncer 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 mergulhar na descoberta de medicamentos enquanto ajudava um primo na China a encontrar fármacos mais baratos para o câncer de fígado. Ele viu uma diferença significativa no nível de desenvolvimento da indústria dos EUA em comparação ao seu país de origem, onde a maioria dos pacientes com câncer dependia de remédios importados. Wen queria usar sua experiência no uso de equações matemáticas sofisticadas para estudar comportamentos moleculares e reduzir a lacuna no desenvolvimento de medicamentos.

“A estabilidade 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 acessível 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 descoberta de medicamentos por IA na Ásia e rapidamente despertou o interesse de investidores.

IPO e investidores

De acordo 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 como 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.

Como a Xtalpi atua

A Xtalpi busca se distinguir com seus algoritmos de física quântica, que Wen diz que poderiam aumentar a precisão da previsão de interações moleculares – cruciais para a eficácia e segurança dos medicamentos. Os algoritmos calculam as estruturas moleculares, e os conjuntos de dados resultantes são usados para aprendizado de máquina e para o treinamento de seus modelos de IA, que, então, 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, bem como em Somerville, Massachusetts.

Ao contrário de pares, como 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 fim. Em vez disso, ela fornece algoritmos proprietários projetados para a descoberta de medicamentos em estágio inicial, o que Wen diz que poderia acelerar o processo em cerca 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 causar 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 modelo 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.”

Para ter certeza, existem algumas dúvidas sobre as capacidades tecnológicas da Xtalpi. Derek Lowe, um veterano da indústria farmacêutica dos EUA que passou quase quatro décadas trabalhando em vários fabricantes de medicamentos líderes, diz que calcular como as moléculas interagem para causar efeitos terapêuticos é computacionalmente intensivo e difícil de colocar em prática porque é um “problema de computação muito complicado”.

“Até agora, nenhuma simulação mecânica quântica foi confiável o suficiente para gerar dados nos quais você treinaria um modelo de aprendizado de máquina”, diz Lowe. “Se você pegasse uma pilha enorme de 100.000 estimativas mecânicas quânticas de ligação de compostos e a alimentasse em um modelo de aprendizado de máquina, agora, minha crença é que você obteria muito lixo.”

Nas últimas quatro décadas, mais ou menos, os cientistas têm tentado adotar métodos computacionais para acelerar o processo de desenvolvimento de medicamentos, que consome muito tempo, e melhorar sua taxa de sucesso. O lançamento do popular chatbot de IA ChatGPT em 2022 despertou uma esperança renovada para o aprendizado de máquina na área médica. Na segunda-feira, a Manas AI, uma startup de descoberta 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 espaço, 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 identificou pelo menos 73 medicamentos potenciais derivados de IA. Alguns falharam em testes em humanos, outros ainda estão testando em pacientes, mas nenhum chegou ao mercado.

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

“O que a Xtalpi e muitas outras empresas estão fazendo realmente vale a pena, mas não é a revelação incrível de, ‘Oh meu Deus, a descoberta de medicamentos foi resolvida’”, diz Lowe. “Se você pudesse computar seu caminho para encontrar essas moléculas, isso seria ótimo… isso permite que você chegue ao triturador, que é essa taxa de falha de 85%, mais rápido. Agora, em vez de levar seis meses ou dois anos para chegar ao triturador, você pode chegar lá em apenas um ou dois meses.”

Wen acha que o fato de o Prêmio Nobel de Química de 2024 ter sido concedido em conjunto à equipe que desenvolveu o Alphafold mostra o potencial da IA na área médica. AlphaFold é uma ferramenta de IA codesenvolvida pelos cientistas da Google DeepMind Demis Hassabis e John Jumper que pode prever as estruturas de proteínas em minutos, o que ajuda os cientistas a entender melhor como os blocos de construção da vida funcionam e, assim, abrir 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 acordo no valor de até US$ 250 milhões com a Xtalpi em 2023 para descobrir medicamentos potenciais para uma doença não revelada. “Todas as gigantes farmacêuticas que estão trabalhando nos medicamentos mais desafiadores estão abraçando a IA, então por que alguém ainda teria dúvidas sobre isso?” diz Wen. “A IA se tornará uma ferramenta fundamental nas indústrias farmacêutica e de materiais. Todos têm que usá-la; se você não usar, será menos eficiente do que os outros.”

Antes que a Xtalpi pudesse ajudar a entregar o próximo medicamento que salva vidas, ela se aventurou a descobrir novos materiais. Wen teve a ideia pela primeira vez há cerca de três anos, quando estava vendo como poderia expandir a aplicação da tecnologia da Xtalpi. A física quântica sustenta grande parte 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 desafiador de material para fazer porque envolvem a complexidade da biologia humana. Fazer outros materiais é muito mais simples”, diz 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 painel solar mais eficiente em termos de energia chamado perovskita, que os cientistas têm lutado por duas décadas para produzir em massa. Ao combinar perovskita com células solares de silício convencionais, um painel solar pode converter 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 massa devido à sua baixa durabilidade e estabilidade.

Outra área que Wen está analisando é ajudar a comercializar a bateria de VE de próxima geração. Muitos grandes fabricantes de carros e baterias têm corrido para produzir baterias de estado sólido em massa, mas ninguém teve sucesso. Uma atualização para as atuais baterias de íon-lítio, as baterias de estado sólido foram apelidadas de “o santo graal” das baterias por causa de sua promessa de mais armazenamento de energia, carregamento mais rápido e maior segurança para VEs. Uma das dificuldades de produzir baterias de estado sólido é melhorar o componente eletrólito sólido, que é a versão sólida da solução de íon-lítio usada na geração atual de baterias de VE.

Algumas empresas estão convencidas de que a tecnologia da Xtalpi poderia ajudar a tornar possível a comercialização desses materiais de ponta. Em agosto, a GCL Holdings, uma empresa de energia chinesa controlada pelo bilionário Zhu Gongshan, concordou em pagar à Xtalpi mais de US$ 135 milhões para atualizar materiais, incluindo perovskita e aqueles para baterias de VE. A subsidiária da GCL, GCL Technology, é uma das maiores fabricantes de materiais de painel solar da China.

“Se você me dissesse que eu tenho que começar uma empresa de descoberta baseada em física quântica, eu imediatamente pularia para materiais”, diz Lowe, que tem um 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. Esse negócio de descoberta de medicamentos é uma distração da ciência dos materiais.”

Wen está confiante de que a Xtalpi pode se destacar tanto em seus serviços de descoberta de medicamentos quanto de materiais. No mês passado, 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 criar super medicamentos e super materiais de alto valor agregado… estamos agora no estágio inicial da explosão comercial.”

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