TxAgent: Um Agente de IA para Raciocínio Terapêutico Através de um Universo de Ferramentas

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

Resumo

A terapêutica de precisão requer modelos adaptativos multimodais que geram recomendações de tratamento personalizadas. Apresentamos o TxAgent, um agente de IA que utiliza raciocínio em múltiplas etapas e recuperação de conhecimento biomédico em tempo real por meio de um conjunto de 211 ferramentas para analisar interações medicamentosas, contraindicações e estratégias de tratamento específicas para cada paciente. O TxAgent avalia como os medicamentos interagem em níveis molecular, farmacocinético e clínico, identifica contraindicações com base em comorbidades do paciente e medicamentos concomitantes, e adapta as estratégias de tratamento às características individuais do paciente. Ele recupera e sintetiza evidências de múltiplas fontes biomédicas, avalia interações entre medicamentos e condições do paciente, e refina as recomendações de tratamento por meio de raciocínio iterativo. O agente seleciona ferramentas com base nos objetivos da tarefa e executa chamadas de função estruturadas para resolver tarefas terapêuticas que exigem raciocínio clínico e validação cruzada de fontes. O ToolUniverse consolida 211 ferramentas de fontes confiáveis, incluindo todos os medicamentos aprovados pela FDA dos EUA desde 1939 e insights clínicos validados do Open Targets. O TxAgent supera os principais LLMs, modelos de uso de ferramentas e agentes de raciocínio em cinco novos benchmarks: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC e DescriptionPC, abrangendo 3.168 tarefas de raciocínio sobre medicamentos e 456 cenários de tratamento personalizados. Ele alcança 92,1% de precisão em tarefas de raciocínio aberto sobre medicamentos, superando o GPT-4o e superando o DeepSeek-R1 (671B) em raciocínio estruturado de múltiplas etapas. O TxAgent generaliza entre variantes de nomes de medicamentos e descrições. Ao integrar inferência em múltiplas etapas, fundamentação de conhecimento em tempo real e tomada de decisão assistida por ferramentas, o TxAgent garante que as recomendações de tratamento estejam alinhadas com diretrizes clínicas estabelecidas e evidências do mundo real, reduzindo o risco de eventos adversos e melhorando a tomada de decisão terapêutica.

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.