TxAgent: Ein KI-Agent für therapeutisches Denken über ein Universum von Werkzeugen hinweg

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

March 14, 2025

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

cs.AI

Zusammenfassung

Präzisionstherapien erfordern multimodale adaptive Modelle, die personalisierte Behandlungsempfehlungen generieren. Wir stellen TxAgent vor, einen KI-Agenten, der mehrstufiges Denken und Echtzeit-Recherche biomedizinischen Wissens über eine Toolbox von 211 Werkzeugen nutzt, um Arzneimittelwechselwirkungen, Kontraindikationen und patientenspezifische Behandlungsstrategien zu analysieren. TxAgent bewertet, wie Medikamente auf molekularer, pharmakokinetischer und klinischer Ebene interagieren, identifiziert Kontraindikationen basierend auf Patientenkomorbiditäten und gleichzeitigen Medikationen und passt Behandlungsstrategien an individuelle Patientenmerkmale an. Es ruft und synthetisiert Evidenz aus mehreren biomedizinischen Quellen, bewertet Wechselwirkungen zwischen Medikamenten und Patientenkonstellationen und verfeinert Behandlungsempfehlungen durch iteratives Denken. Es wählt Werkzeuge basierend auf Aufgabenziele aus und führt strukturierte Funktionsaufrufe durch, um therapeutische Aufgaben zu lösen, die klinisches Denken und quellenübergreifende Validierung erfordern. Die ToolUniverse konsolidiert 211 Werkzeuge aus vertrauenswürdigen Quellen, einschließlich aller seit 1939 von der US FDA zugelassenen Medikamente und validierter klinischer Erkenntnisse von Open Targets. TxAgent übertrifft führende LLMs, Werkzeugnutzungsmodelle und Denkagenten in fünf neuen Benchmarks: DrugPC, BrandPC, GenericPC, TreatmentPC und DescriptionPC, die 3.168 Arzneimittel-Denkaufgaben und 456 personalisierte Behandlungsszenarien abdecken. Es erreicht eine Genauigkeit von 92,1 % bei offenen Arzneimittel-Denkaufgaben, übertrifft GPT-4o und schneidet besser ab als DeepSeek-R1 (671B) bei strukturiertem mehrstufigem Denken. TxAgent generalisiert über Varianten von Arzneimittelnamen und Beschreibungen hinweg. Durch die Integration von mehrstufiger Inferenz, Echtzeit-Wissensverankerung und werkzeuggestützter Entscheidungsfindung stellt TxAgent sicher, dass Behandlungsempfehlungen mit etablierten klinischen Leitlinien und realweltlicher Evidenz übereinstimmen, das Risiko von Nebenwirkungen verringern und die therapeutische Entscheidungsfindung verbessern.

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.