TxAgent: Искусственный интеллект для терапевтического анализа с использованием множества инструментов

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

March 14, 2025

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

cs.AI

Аннотация

Прецизионная терапия требует многомодальных адаптивных моделей, которые генерируют персонализированные рекомендации по лечению. Мы представляем TxAgent — ИИ-агент, который использует многошаговое рассуждение и извлечение биомедицинских знаний в реальном времени с помощью набора из 211 инструментов для анализа взаимодействий лекарств, противопоказаний и стратегий лечения, учитывающих особенности пациента. TxAgent оценивает, как лекарства взаимодействуют на молекулярном, фармакокинетическом и клиническом уровнях, выявляет противопоказания на основе сопутствующих заболеваний пациента и принимаемых препаратов, а также адаптирует стратегии лечения к индивидуальным характеристикам пациента. Он извлекает и синтезирует данные из множества биомедицинских источников, оценивает взаимодействия между лекарствами и состоянием пациента и уточняет рекомендации по лечению с помощью итеративного рассуждения. TxAgent выбирает инструменты на основе задач и выполняет структурированные вызовы функций для решения терапевтических задач, требующих клинического рассуждения и проверки данных из различных источников. ToolUniverse объединяет 211 инструментов из проверенных источников, включая все лекарства, одобренные FDA США с 1939 года, и подтвержденные клинические данные из Open Targets. TxAgent превосходит ведущие языковые модели (LLM), модели использования инструментов и агенты рассуждения по пяти новым тестам: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC и DescriptionPC, охватывающим 3168 задач по анализу лекарств и 456 персонализированных сценариев лечения. Он достигает точности 92,1% в задачах открытого анализа лекарств, превосходя GPT-4o и опережая DeepSeek-R1 (671B) в структурированном многошаговом рассуждении. TxAgent обобщает данные по различным вариантам названий лекарств и их описаний. Благодаря интеграции многошагового вывода, актуализации знаний в реальном времени и принятию решений с использованием инструментов, TxAgent обеспечивает соответствие рекомендаций по лечению установленным клиническим руководствам и реальным данным, снижая риск нежелательных явлений и улучшая терапевтическое принятие решений.

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.