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Guidée par l'IA, la plate-forme robotique automatise la fabrication de molécules

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Guidée par l'IA, la plate-forme robotique automatise la fabrication de molécules

Guidé par l'intelligence artificielle et alimenté par une plate-forme robotique, un système développé par les chercheurs du MIT se rapproche de l'automatisation de la production de petites molécules. Crédit: Connor Coley, Felice Frankel

Guidé par l'intelligence artificielle et alimenté par une plate-forme robotique, un système développé par les chercheurs du MIT se rapproche de l'automatisation de la production de petites molécules pouvant être utilisées en médecine, en énergie solaire et en chimie des polymères.

Le système décrit dans le numéro du 8 août de Science, pourrait libérer des chimistes de laboratoire de diverses tâches routinières et chronophages, et pourrait suggérer des possibilités de fabrication de nouveaux composés moléculaires, selon les co-responsables de l'étude, Klavs F. Jensen, professeur de génie chimique au Warren K. Lewis et Timothy F. Jamison, professeur de chimie Robert R. Taylor et vice-principal exécutif adjoint du MIT.

La technologie "a la promesse d'aider les gens à éliminer toutes les tâches fastidieuses de la construction de molécules", y compris la recherche de voies de réaction potentielles et la construction des composants d'une chaîne d'assemblage moléculaire chaque fois qu'une nouvelle molécule est produite, dit Jensen.

"Et en tant que chimiste, cela peut vous inspirer de nouvelles réactions auxquelles vous n'aviez pas pensé auparavant", ajoute-t-il.

Parmi les autres auteurs du journal Science, citons Connor W. Coley, Dale A. Thomas III, Justin AM Lummiss, Jonathan N. Jaworski, Christopher P. Breen, Victor Schultz, Travis Hart, Joshua S. Fishman, Luke Rogers, Hanyu Gao. Robert W. Hicklin, Pieter P. Plehiers, Joshua Byington, John S. Piotti, William H. Green et A. John Hart.

De l'inspiration à la recette au produit fini

Le nouveau système combine trois étapes principales. Tout d'abord, un logiciel guidé par intelligence artificielle suggère une voie pour la synthèse d'une molécule, puis des experts en chimie l'examinent et l'affinent pour en faire une "recette" chimique. La recette est finalement envoyée à un plate-forme robotique qui assemble automatiquement le matériel et effectue les réactions qui construisent la molécule.

Coley et ses collègues travaillent depuis plus de trois ans au développement de la suite logicielle open source qui suggère et hiérarchise les itinéraires de synthèse possibles. Au cœur du logiciel se trouvent plusieurs modèles de réseaux de neurones, que les chercheurs ont formés à des millions de publications antérieures. réactions chimiques tirées des bases de données de Reaxys et de l’Office américain des brevets et des marques. Le logiciel utilise ces données pour identifier les transformations de réaction et les conditions qu'il pense appropriées pour la construction d'un nouveau composé.

"Cela nous aide à prendre des décisions de haut niveau sur les types d'intermédiaires et de produits de départ à utiliser, puis des analyses légèrement plus détaillées sur les conditions que vous souhaitez utiliser et sur le potentiel de ces réactions," déclare Coley.

"L’une des principales motivations de la conception du logiciel est qu’il ne vous donne pas que des suggestions pour molécules nous connaissons des réactions que nous connaissons ", note-t-il." Cela peut se généraliser à de nouvelles molécules qui n'ont jamais été fabriquées. "

Les chimistes examinent ensuite les itinéraires de synthèse suggérés par le logiciel pour élaborer une recette plus complète pour la molécule cible. Les chimistes doivent parfois effectuer des expériences de laboratoire ou bricoler avec des concentrations de réactif et des températures de réaction, entre autres changements.

Guidée par l'IA, la plate-forme robotique automatise la fabrication de molécules

Le nouveau système combine trois étapes principales. Tout d'abord, un logiciel guidé par l'intelligence artificielle suggère un moyen de synthétiser une molécule, puis des experts en chimie l'examinent et le raffinent pour en faire une "recette" chimique. Enfin, la recette est envoyée à une plate-forme robotique qui assemble automatiquement le matériel et effectue les réactions. qui construisent la molécule. Crédit: Connor Coley, Felice Frankel

"Ils tirent une partie de l'inspiration de l'IA et le convertissent en un fichier de recette exécutable, en grande partie parce que la littérature chimique ne contient pas assez d'informations pour passer directement de l'inspiration à l'exécution sur un système automatisé", a déclaré Jamison.

La recette finale est ensuite chargée sur une plate-forme où un Bras robotique assemble des réacteurs modulaires, des séparateurs et d'autres unités de traitement dans un circuit d'écoulement continu, en connectant des pompes et des conduites qui apportent les ingrédients moléculaires.

"Vous chargez la recette – c'est ce qui commande la plate-forme robotique – vous chargez les réactifs, et appuyez sur Go, et cela vous permet de générer la molécule d'intérêt", explique Thomas. "Et ensuite, une fois terminé, le système est vidé et vous pouvez charger le prochain jeu de réactifs et la recette, et le laisser fonctionner."

Contrairement au système à flux continu présenté par les chercheurs l'année dernière, qui devait être configuré manuellement après chaque synthèse, le nouveau système est entièrement configuré par la plate-forme robotique.

"Cela nous donne la possibilité de séquencer une molécule après l'autre et de générer de manière autonome une bibliothèque de molécules sur le système", déclare Jensen.

La conception de la plate-forme, qui mesure environ deux mètres cubes (légèrement plus petite qu'une hotte d'aspiration chimique standard), ressemble à un standard téléphonique et à un système opérateur déplaçant les connexions entre les modules de la plate-forme.

"Le bras robotique est ce qui nous a permis de manipuler les chemins fluidiques, ce qui a réduit le nombre de modules de traitement et la complexité fluidique du système. En réduisant la complexité fluidique, nous pouvons augmenter la complexité moléculaire", a déclaré Thomas. "Cela nous a permis d'ajouter des étapes de réaction supplémentaires et d'élargir l'ensemble des réactions pouvant être effectuées sur le système dans un encombrement relativement réduit."

Vers une automatisation complète

Les chercheurs ont testé le système complet en créant 15 petites molécules médicinales de complexité de synthèse différente, avec des processus prenant entre deux heures pour les créations les plus simples et environ 68 heures pour la fabrication de plusieurs composés.

L’équipe a synthétisé divers composés: l’aspirine et l’antibiotique secnidazole dans des processus dos à dos; la lidocaïne, un analgésique, et le diazépam, un médicament contre l'anxiété, dans des processus dos à dos utilisant une matière première commune de réactifs; la warfarine, un anticoagulant sanguin, et le safinamide, un médicament contre la maladie de Parkinson, pour montrer comment le logiciel pourrait concevoir des composés avec des composants moléculaires similaires mais des structures 3D différentes; et une famille de cinq médicaments inhibiteurs de l'ECA et une famille de quatre médicaments anti-inflammatoires non stéroïdiens.

"Je suis particulièrement fier de la diversité de la chimie et des types de réactions chimiques différentes", a déclaré Jamison, qui a déclaré que le système gérait environ 30 réactions différentes par rapport à environ 12 réactions différentes dans l'ancien système à flux continu.

"Nous essayons vraiment de réduire l'écart entre la génération d'idées à partir de ces programmes et ce qu'il faut pour réellement exécuter une synthèse", a déclaré Coley. "Nous espérons que les systèmes de nouvelle génération augmenteront encore le temps et les efforts consacrés aux scientifiques qui peuvent concentrer leurs efforts sur la créativité et la conception."


La technologie plug-and-play automatise la synthèse chimique


Plus d'information:
Connor W. Coley et al. Une plateforme robotique pour la synthèse en flux de composés organiques sur la base de la planification de l'IA, Science (2019). DOI: 10.1126 / science.aax1566

Fourni par
Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec la permission de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité sur la recherche, l’innovation et l’enseignement du MIT.

Citation:
                                                 Guidée par l'IA, une plateforme robotique automatise la fabrication de molécules (9 août 2019)
                                                 récupéré le 12 août 2019
                                                 de https://techxplore.com/news/2019-08-ai-robotic-platform-automates-molecule.html

Ce document est soumis au droit d'auteur. Mis à part toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucun
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