TxAgent: Un Agente IA per il Ragionamento Terapeutico Attraverso un Universo di Strumenti

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

March 14, 2025

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

cs.AI

Abstract

La medicina di precisione richiede modelli adattivi multimodali in grado di generare raccomandazioni terapeutiche personalizzate. Presentiamo TxAgent, un agente di intelligenza artificiale che sfrutta il ragionamento a più passaggi e il recupero in tempo reale di conoscenze biomediche attraverso un toolbox di 211 strumenti per analizzare le interazioni farmacologiche, le controindicazioni e le strategie terapeutiche specifiche per il paziente. TxAgent valuta come i farmaci interagiscono a livello molecolare, farmacocinetico e clinico, identifica le controindicazioni in base alle comorbidità del paziente e ai farmaci concomitanti, e adatta le strategie terapeutiche alle caratteristiche individuali del paziente. Recupera e sintetizza evidenze da molteplici fonti biomediche, valuta le interazioni tra farmaci e condizioni del paziente, e affina le raccomandazioni terapeutiche attraverso un ragionamento iterativo. Seleziona gli strumenti in base agli obiettivi del task ed esegue chiamate di funzione strutturate per risolvere compiti terapeutici che richiedono ragionamento clinico e validazione incrociata tra fonti. Il ToolUniverse consolida 211 strumenti provenienti da fonti attendibili, inclusi tutti i farmaci approvati dalla FDA statunitense dal 1939 e approfondimenti clinici validati da Open Targets. TxAgent supera i principali modelli LLM, modelli di utilizzo di strumenti e agenti di ragionamento in cinque nuovi benchmark: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC e DescriptionPC, coprendo 3.168 task di ragionamento sui farmaci e 456 scenari terapeutici personalizzati. Raggiunge un'accuratezza del 92,1% nei task di ragionamento aperto sui farmaci, superando GPT-4o e superando DeepSeek-R1 (671B) nel ragionamento strutturato a più passaggi. TxAgent generalizza attraverso varianti di nomi di farmaci e descrizioni. Integrando inferenza a più passaggi, ancoraggio in tempo reale delle conoscenze e decisioni assistite da strumenti, TxAgent garantisce che le raccomandazioni terapeutiche siano allineate con le linee guida cliniche consolidate e le evidenze del mondo reale, riducendo il rischio di eventi avversi e migliorando il processo decisionale terapeutico.

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.