TxAgent: 도구의 우주를 가로지르는 치료적 추론을 위한 AI 에이전트

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

March 14, 2025

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

cs.AI

초록

정밀 치료를 위해서는 개인 맞춤형 치료 권장안을 생성할 수 있는 다중 모드 적응형 모델이 필요합니다. 우리는 TxAgent를 소개합니다. 이 AI 에이전트는 211개의 도구로 구성된 툴박스에서 다단계 추론과 실시간 생의학 지식 검색을 활용하여 약물 상호작용, 금기 사항, 그리고 환자 특이적 치료 전략을 분석합니다. TxAgent는 약물이 분자, 약동학, 그리고 임상 수준에서 어떻게 상호작용하는지 평가하고, 환자의 동반 질환과 병용 약물을 기반으로 금기 사항을 식별하며, 개별 환자 특성에 맞춰 치료 전략을 조정합니다. 이는 여러 생의학 소스에서 증거를 검색하고 종합하며, 약물과 환자 상태 간의 상호작용을 평가하고, 반복적 추론을 통해 치료 권장안을 개선합니다. TxAgent는 작업 목표에 따라 도구를 선택하고, 임상적 추론과 교차 소스 검증이 필요한 치료 과제를 해결하기 위해 구조화된 함수 호출을 실행합니다. ToolUniverse는 1939년 이후 미국 FDA 승인을 받은 모든 약물과 Open Targets의 검증된 임상 통찰력을 포함하여 신뢰할 수 있는 소스의 211개 도구를 통합합니다. TxAgent는 DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC, DescriptionPC 등 5개의 새로운 벤치마크에서 3,168개의 약물 추론 과제와 456개의 개인 맞춤형 치료 시나리오를 포함하여 주요 LLM, 도구 사용 모델, 그리고 추론 에이전트를 능가합니다. 이는 개방형 약물 추론 과제에서 92.1%의 정확도를 달성하여 GPT-4o를 능가하고, 구조화된 다단계 추론에서 DeepSeek-R1 (671B)보다 우수한 성능을 보입니다. TxAgent는 약물 이름 변형과 설명에 걸쳐 일반화됩니다. 다단계 추론, 실시간 지식 기반, 그리고 도구 지원 의사결정을 통합함으로써, TxAgent는 치료 권장안이 확립된 임상 지침과 실제 증거와 일치하도록 보장하여 부작용 위험을 줄이고 치료 의사결정을 개선합니다.

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.