在體外診斷（IVD）領(lǐng)域，原料是試劑的核心，抗原、抗體和酶等原料對(duì)試劑盒的檢測特異性、靈敏度和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。然而，由于研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)門檻較高，在上世紀(jì)九十年代至本世紀(jì)初的十年間，國內(nèi)IVD試劑的原料主要依賴進(jìn)口。為了實(shí)現(xiàn)IVD原料的國產(chǎn)化替代，經(jīng)過兩代人近二十年的不懈努力，近年來終于基本實(shí)現(xiàn)了IVD原料的大范圍國產(chǎn)化，且原料性能逐步接近國際領(lǐng)先水平。

隨著以邁瑞為代表的國產(chǎn)IVD試劑的強(qiáng)勢崛起，對(duì)核心原料的性能要求也日益提高，如特異性更好的抗體、靈敏度更高的抗原、穩(wěn)定性更強(qiáng)的酶等。這不僅要求原料質(zhì)量更優(yōu)，還要求開發(fā)周期更短、迭代速度更快，給IVD原料開發(fā)者帶來了新的挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)這一局面，我們不斷探索創(chuàng)新。從雜交瘤抗體篩選的自動(dòng)化改造，到引入兔單B細(xì)胞抗體開發(fā)平臺(tái)，解決了IVD原料的研發(fā)周期問題。然而，由于涉及大量濕實(shí)驗(yàn)，迭代速度仍然較慢。為此，我們引入了AI算法和模型，為IVD原料的迭代帶來了新的突破。

在開發(fā)AD項(xiàng)目的抗原時(shí)，為了提升抗原活性，我們以原始氨基酸序列為基礎(chǔ)，通過AlphaFold2預(yù)測其3D結(jié)構(gòu)，利用IEDB預(yù)測抗原表位并結(jié)合3D結(jié)構(gòu)，識(shí)別出抗原的核心區(qū)域。隨后，使用RFdiffusion進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)，選取評(píng)分較高的骨架結(jié)構(gòu)作為候選骨架。再用ProteinMPNN生成氨基酸序列，并進(jìn)行AlphaFold2建模，對(duì)結(jié)構(gòu)和序列進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終，選取候選序列進(jìn)行重組表達(dá)，通過ELISA驗(yàn)證，篩選活性較原始抗原更高的抗原。

在IVD抗體開發(fā)項(xiàng)目中，我們通過ESM-IF1進(jìn)行反向折疊設(shè)計(jì)抗體序列。以一個(gè)AD抗體項(xiàng)目為例，前期通過小鼠雜交瘤技術(shù)篩選到一對(duì)較好的抗體，但在試劑盒開發(fā)中發(fā)現(xiàn)，該抗體的檢測試劑靈敏度低于市面上的經(jīng)典試劑。為提升試劑檢測性能，我們從原料端入手，借助AI方法進(jìn)行抗體迭代。

具體方案為：通過IgFold程序預(yù)測抗體Fv區(qū)結(jié)構(gòu)，獲得抗體的Fv 3D結(jié)構(gòu)，并利用ESM-IF1模型生成多樣化的突變序列。由于生成的抗體突變序列較多，我們對(duì)生成的抗體進(jìn)行了合理性驗(yàn)證，從中優(yōu)選了抗體序列進(jìn)行高通量基因合成及重組表達(dá)。表達(dá)上清進(jìn)行BLI親和力測試，優(yōu)選了高親和力的抗體純化后，進(jìn)一步進(jìn)行ELISA驗(yàn)證。

除了抗原抗體的設(shè)計(jì)改造，我們還在布局分子酶的AI改造工作。以PCR試劑為例，其在呼吸道檢測中應(yīng)用廣泛，但由于體系自身原因，必須冷藏保存，給生產(chǎn)、運(yùn)輸及終端使用帶來不便。為解決PCR試劑常溫保存難題，我們對(duì)自研的Taq酶進(jìn)行同源建模（SWISS-MODEL），獲得Taq酶的3D結(jié)構(gòu)。同樣使用RFdiffusion進(jìn)行Taq酶骨架區(qū)設(shè)計(jì)，選取評(píng)分較高的骨架結(jié)構(gòu)作為候選骨架。再用ProteinMPNN生成氨基酸序列，并進(jìn)行AlphaFold2結(jié)構(gòu)預(yù)測。在結(jié)構(gòu)可視化軟件PyMOL中進(jìn)行結(jié)構(gòu)重疊比對(duì)，計(jì)算生成序列結(jié)構(gòu)和原始結(jié)構(gòu)的RMSD，并調(diào)用EMSFold計(jì)算Taq酶結(jié)構(gòu)的pLDDT。通過RMSD和pLDDT進(jìn)行Taq酶序列篩選，進(jìn)行E.coli重組表達(dá)并純化，對(duì)獲得的Taq酶進(jìn)行酶活測試和穩(wěn)定性測試。

隨著DeepSeek等AI大模型的興起，AI技術(shù)在IVD原料開發(fā)中的應(yīng)用將越來越普遍。我們將緊跟技術(shù)發(fā)展前沿，充分利用AI工具，為IVD原料的行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。