药物研发的性质决定了药物研发不可能达到90%的成功率。但如果从目前大约10%-15%的成功率提高到30%-40%，就足以显著减少药物研发的资金成本和时间成本。我们相信，从研发的最初阶段改进药物优化的方式，能够提高成功率并最终找到更佳的药物。
成功研发一款新药通常需要花费10到15年的时间，投入大约10亿美元。尽管付出了高昂的时间成本和金钱成本，仍有90%的候选药物会在临床试验中败下阵来。无论是因为效果不好还是副作用太大，许多候选药物从未进入到批准阶段。
作为一名从事药物研发的药学家，我一直为这种高失败率所困扰。过去20年里，我的实验室都在探究研发过程的改进方法。我们相信，从研发的最初阶段着手，改进药物优化的方式，能够提高成功率并最终找到更佳的药物。
在过去几十年中，药物研发遵循着所谓的“经典程序”：科学家一开始会寻找致病的分子靶点——比如某种蛋白质，如果阻断其过量生成，可能有助于阻止癌细胞的生长。然后，科学家会在化合物分子库里寻找能够抑制该靶点的潜在药物。一旦选定一种有希望的化合物，科学家会在实验室中对其进行优化。
药物优化主要关注候选药物的两个方面。第一个方面，化合物对分子靶点应具有强力的阻断作用，同时不能影响其他不相干的分子靶点。为了优化药物的活性和特异性，科学家会专注于它的“结构-活性（构效）”关系，也就是化合物的化学结构如何决定它在体内的活性。第二个方面，化合物需要具有“成药性”，也就是说它能够被人体吸收并在血液中转运，从而作用在疾病器官的特定靶点上。
每十款候选药物中，仅有一款能成功通过临床试验和监管部门的批准上市。一篇2016年的分析文章找出了导致低成功率的四个可能原因。研究者发现，40%-50%的失败的原因是由于药物缺乏临床疗效，也就是说药物无法对人体产生预期的效果。大约30%的失败是由于毒性和副作用太大；还有10%-15%是由于药物成药性不佳，也就是说药物被人体吸收和排泄的程度不理想。
进入临床的药物需要在剂量、疗效和毒性三者之间达到一种微妙的平衡，也就是说，在药物剂量恰好的时候，既能实现预期的疗效，又不会对身体造成伤害。为了达到这一平衡，优化药物使得药物对特定靶点活性高、特异性好显然是非常重要的。
但是我们的研究团队认为，药物优化过程除了强调了药物的活性和特异性外，对药物的组织暴露量和选择性进行优化同样重要，也就是说，既要提高药物到达疾病的组织部位的浓度，同时又要避开健康的组织部位。
过去几十年中，针对药物研发过程中的每一步，科学家都发展并应用了许多成功的方法和改进策略。其中包括高通量药物筛选——比如利用机器人在实验室中完成数百万计的自动化实验，从而加速寻找有潜力的药物；利用人工智能来改善药物的设计、提前预测药物的毒性，以及精确筛选适用于某种药物的患者来开展临床试验等。
尽管有这些措施，药物的研发成功率在过去几十年仍然不见提高。我们认为，改善药物研发早期阶段——特别是在药物优化的阶段——去探索新策略，或许有助于成功。一方面，新药研发应该严谨地确定分子靶点是导致某种疾病的原因，并确认优化的药物确实是通过抑制该靶点而起效，目前很多新技术如基因编辑工具可以更好地提高这一过程。另一方面，我们团队提出了一个STAR系统来改善药物优化的过程。
我们希望改进药物优化的过程，有望提高药物研发的成功率。但药物研发的性质也决定了药物研发不可能达到90%的成功率。不过我们相信，药物研发成功率从目前的10%-15%提高到30%-40%就足以显著减少药物研发的资金成本和时间成本，从而更快地找到治疗各种人类疾病的药物。