TxAgent: Un Agente de IA para el Razonamiento Terapéutico a Través de un Universo de Herramientas

TxAgent: An AI Agent for Therapeutic Reasoning Across a Universe of Tools

March 14, 2025

Autores: Shanghua Gao, Richard Zhu, Zhenglun Kong, Ayush Noori, Xiaorui Su, Curtis Ginder, Theodoros Tsiligkaridis, Marinka Zitnik

cs.AI

Resumen

La medicina de precisión requiere modelos adaptativos multimodales que generen recomendaciones de tratamiento personalizadas. Presentamos TxAgent, un agente de IA que aprovecha el razonamiento de múltiples pasos y la recuperación de conocimiento biomédico en tiempo real a través de un conjunto de 211 herramientas para analizar interacciones farmacológicas, contraindicaciones y estrategias de tratamiento específicas para cada paciente. TxAgent evalúa cómo los fármacos interactúan a nivel molecular, farmacocinético y clínico, identifica contraindicaciones basadas en comorbilidades del paciente y medicamentos concurrentes, y adapta las estrategias de tratamiento a las características individuales del paciente. Recupera y sintetiza evidencia de múltiples fuentes biomédicas, evalúa interacciones entre fármacos y condiciones del paciente, y refina las recomendaciones de tratamiento mediante un razonamiento iterativo. Selecciona herramientas según los objetivos de la tarea y ejecuta llamadas de funciones estructuradas para resolver tareas terapéuticas que requieren razonamiento clínico y validación cruzada de fuentes. El ToolUniverse consolida 211 herramientas de fuentes confiables, incluyendo todos los fármacos aprobados por la FDA de EE. UU. desde 1939 y conocimientos clínicos validados de Open Targets. TxAgent supera a los principales modelos de lenguaje (LLM), modelos de uso de herramientas y agentes de razonamiento en cinco nuevos puntos de referencia: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC y DescriptionPC, abarcando 3,168 tareas de razonamiento farmacológico y 456 escenarios de tratamiento personalizado. Logra un 92.1% de precisión en tareas de razonamiento farmacológico de respuesta abierta, superando a GPT-4o y superando a DeepSeek-R1 (671B) en razonamiento estructurado de múltiples pasos. TxAgent generaliza entre variantes de nombres de fármacos y descripciones. Al integrar inferencia de múltiples pasos, fundamentación de conocimiento en tiempo real y toma de decisiones asistida por herramientas, TxAgent asegura que las recomendaciones de tratamiento se alineen con las pautas clínicas establecidas y la evidencia del mundo real, reduciendo el riesgo de eventos adversos y mejorando la toma de decisiones terapéuticas.

English

Precision therapeutics require multimodal adaptive models that generate personalized treatment recommendations. We introduce TxAgent, an AI agent that leverages multi-step reasoning and real-time biomedical knowledge retrieval across a toolbox of 211 tools to analyze drug interactions, contraindications, and patient-specific treatment strategies. TxAgent evaluates how drugs interact at molecular, pharmacokinetic, and clinical levels, identifies contraindications based on patient comorbidities and concurrent medications, and tailors treatment strategies to individual patient characteristics. It retrieves and synthesizes evidence from multiple biomedical sources, assesses interactions between drugs and patient conditions, and refines treatment recommendations through iterative reasoning. It selects tools based on task objectives and executes structured function calls to solve therapeutic tasks that require clinical reasoning and cross-source validation. The ToolUniverse consolidates 211 tools from trusted sources, including all US FDA-approved drugs since 1939 and validated clinical insights from Open Targets. TxAgent outperforms leading LLMs, tool-use models, and reasoning agents across five new benchmarks: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC, and DescriptionPC, covering 3,168 drug reasoning tasks and 456 personalized treatment scenarios. It achieves 92.1% accuracy in open-ended drug reasoning tasks, surpassing GPT-4o and outperforming DeepSeek-R1 (671B) in structured multi-step reasoning. TxAgent generalizes across drug name variants and descriptions. By integrating multi-step inference, real-time knowledge grounding, and tool-assisted decision-making, TxAgent ensures that treatment recommendations align with established clinical guidelines and real-world evidence, reducing the risk of adverse events and improving therapeutic decision-making.