TxAgent : Un agent d'IA pour le raisonnement thérapeutique à travers un univers d'outils

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

March 14, 2025

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

cs.AI

Résumé

Les thérapies de précision nécessitent des modèles adaptatifs multimodaux capables de générer des recommandations de traitement personnalisées. Nous présentons TxAgent, un agent d'IA qui exploite un raisonnement multi-étapes et une récupération en temps réel de connaissances biomédicales à travers une boîte à outils de 211 instruments pour analyser les interactions médicamenteuses, les contre-indications et les stratégies de traitement spécifiques aux patients. TxAgent évalue comment les médicaments interagissent aux niveaux moléculaire, pharmacocinétique et clinique, identifie les contre-indications en fonction des comorbidités et des médicaments concomitants du patient, et adapte les stratégies de traitement aux caractéristiques individuelles des patients. Il récupère et synthétise des preuves provenant de multiples sources biomédicales, évalue les interactions entre les médicaments et les conditions des patients, et affine les recommandations de traitement grâce à un raisonnement itératif. Il sélectionne les outils en fonction des objectifs de la tâche et exécute des appels de fonctions structurés pour résoudre des tâches thérapeutiques nécessitant un raisonnement clinique et une validation croisée des sources. Le ToolUniverse regroupe 211 outils provenant de sources fiables, incluant tous les médicaments approuvés par la FDA américaine depuis 1939 et des insights cliniques validés provenant d'Open Targets. TxAgent surpasse les principaux LLM, modèles d'utilisation d'outils et agents de raisonnement sur cinq nouveaux benchmarks : DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC et DescriptionPC, couvrant 3 168 tâches de raisonnement sur les médicaments et 456 scénarios de traitement personnalisés. Il atteint une précision de 92,1 % dans les tâches de raisonnement ouvert sur les médicaments, surpassant GPT-4o et devançant DeepSeek-R1 (671B) dans le raisonnement structuré multi-étapes. TxAgent généralise efficacement les variantes de noms de médicaments et leurs descriptions. En intégrant l'inférence multi-étapes, l'ancrage en temps réel des connaissances et la prise de décision assistée par des outils, TxAgent garantit que les recommandations de traitement sont alignées avec les directives cliniques établies et les preuves issues de la pratique réelle, réduisant ainsi le risque d'événements indésirables et améliorant la prise de décision thérapeutique.

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.