Τεχνητή νοημοσύνη δημιουργεί μοριακούς «πυραύλους» για να στοχεύουν καρκινικά κύτταρα

Η εξατομικευμένη θεραπεία του καρκίνου φτάνει σε νέο επίπεδο, καθώς οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια πλατφόρμα τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί πλέον να προσαρμόζει τα πρωτεϊνικά συστατικά και να «οπλίζει» τα ανοσοκύτταρα ενός ασθενούς για την καταπολέμηση του καρκίνου.

Μια νέα μέθοδος που περιγράφεται στο περιοδικό Science καταδεικνύει για πρώτη φορά ότι είναι δυνατό να σχεδιαστούν πρωτεΐνες σε έναν υπολογιστή που μπορούν να ανακατευθύνουν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ώστε να σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα χρησιμοποιώντας μόρια pMHC.

Αυτό μειώνει ριζικά τον χρόνο που απαιτείται για την εύρεση αποτελεσματικών μορίων για τη θεραπεία του καρκίνου – από αρκετά χρόνια σε αρκετές εβδομάδες.

«Ουσιαστικά δημιουργούμε ένα νέο ζευγάρι μάτια για το ανοσοποιητικό σύστημα. Οι τρέχουσες εξατομικευμένες θεραπείες για τον καρκίνο βασίζονται στην εύρεση των λεγόμενων υποδοχέων Τ-κυττάρων στο ανοσοποιητικό σύστημα του ασθενούς ή του δότη, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία. Πρόκειται για μια πολύ μακρά και πολύπλοκη διαδικασία. Η πλατφόρμα μας σχεδιάζει μοριακά κλειδιά για την αναγνώριση καρκινικών κυττάρων χρησιμοποιώντας Τεχνητή Νοημοσύνη και το κάνει με απίστευτη ταχύτητα, επιτρέποντας την ανάπτυξη ενός υποψήφιου μορίου σε μόλις 4-6 εβδομάδες», εξηγεί ο Timothy P. Jenkins, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU) και τελευταίος συγγραφέας της μελέτης.

Στοχευμένοι πύραυλοι κατά του καρκίνου

Η πλατφόρμα τεχνητής νοημοσύνης, που αναπτύχθηκε από κοινού από ειδικούς του DTU και του Scripps Research Institute (ΗΠΑ), επιλύει ένα από τα βασικά προβλήματα στον τομέα της ανοσοθεραπείας: τη δημιουργία στοχευμένων μεθόδων για τη θεραπεία όγκων χωρίς να βλάπτονται οι υγιείς ιστοί.

Συνήθως, τα Τ κύτταρα αναγνωρίζουν φυσικά τα καρκινικά κύτταρα ανταποκρινόμενα σε συγκεκριμένα πεπτίδια που εμφανίζονται στην κυτταρική επιφάνεια από τα μόρια pMHC. Η μετατροπή αυτής της γνώσης σε θεραπεία είναι μια αργή και δύσκολη διαδικασία, ειδικά επειδή η ποικιλομορφία των μεμονωμένων υποδοχέων των Τ κυττάρων εμποδίζει την ανάπτυξη καθολικών, εξατομικευμένων θεραπειών.

Ενίσχυση του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού

Στη μελέτη, οι επιστήμονες εξέτασαν την αποτελεσματικότητα της πλατφόρμας σε έναν γνωστό στόχο, τον NY-ESO-1, ο οποίος υπάρχει σε διάφορους τύπους καρκίνου. Η ομάδα κατασκεύασε με επιτυχία έναν μικροδεσμευτικό παράγοντα που συνδέεται στενά με τα μόρια pMHC του NY-ESO-1.

Όταν αυτή η πρωτεΐνη εισήχθη στα Τ κύτταρα, δημιούργησε ένα νέο κυτταρικό κατασκεύασμα που οι ερευνητές ονόμασαν κύτταρα IMPAC-T. Αυτά τα κύτταρα κατεύθυναν αποτελεσματικά τα Τ κύτταρα να σκοτώνουν καρκινικά κύτταρα σε εργαστηριακά πειράματα.

«Ήταν απίστευτα συναρπαστικό να βλέπουμε πώς οι μίνι-δεσμευτικές πρωτεΐνες, σχεδιασμένες εξ ολοκλήρου σε υπολογιστή, λειτουργούν τόσο αποτελεσματικά στο εργαστήριο», λέει ο μεταδιδακτορικός Christoffer Haurum Johansen, συν-συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στο DTU.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης την πλατφόρμα για να κατασκευάσουν πρωτεΐνες που θα στοχεύσουν έναν καρκινικό στόχο που εντοπίστηκε σε έναν ασθενή με μεταστατικό μελάνωμα και δημιούργησαν με επιτυχία δραστικές ενώσεις και για τον σκοπό αυτό, αποδεικνύοντας ότι η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί σε νέους μεμονωμένους καρκινικούς στόχους.

Εικονικός Έλεγχος Ασφαλείας

Το βασικό στοιχείο της καινοτομίας ήταν η δημιουργία ενός εικονικού τεστ ασφάλειας. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τεχνητή νοημοσύνη για να ελέγξουν τους μίνι-δεσμευτικούς παράγοντες που δημιούργησαν, συγκρίνοντάς τους με μόρια pMHC που υπάρχουν σε υγιή κύτταρα. Αυτό τους επέτρεψε να φιλτράρουν δυνητικά επικίνδυνα μόρια πριν ξεκινήσουν τα πειράματα.

«Η ακρίβεια στη θεραπεία του καρκίνου είναι ζωτικής σημασίας. Προβλέποντας και εξαλείφοντας τις διασταυρούμενες αντιδράσεις ήδη από το στάδιο του σχεδιασμού, καταφέραμε να μειώσουμε τους κινδύνους και να αυξήσουμε την πιθανότητα δημιουργίας μιας ασφαλούς και αποτελεσματικής θεραπείας», εξηγεί ο καθηγητής του DTU και συν-συγγραφέας της μελέτης, Sine Reker Hadrup.

Θεραπεία - μετά από πέντε χρόνια

Ο Jenkins εκτιμά ότι θα χρειαστούν έως και πέντε χρόνια για τη διεξαγωγή των πρώτων κλινικών δοκιμών σε ανθρώπους. Μόλις εφαρμοστεί, η μέθοδος θα μοιάζει με τις υπάρχουσες μεθόδους που χρησιμοποιούν γενετικά τροποποιημένα Τ κύτταρα, που ονομάζονται θεραπεία CAR-T, και χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία του λεμφώματος και της λευχαιμίας.

Αρχικά, λαμβάνεται αίμα από τον ασθενή, όπως σε μια κανονική εξέταση. Από αυτό το αίμα, τα ανοσοκύτταρα εξάγονται και τροποποιούνται στο εργαστήριο με την έγχυση σε αυτά μίνι-δεσμευτικών ουσιών σχεδιασμένων από τεχνητή νοημοσύνη. Τα ενισχυμένα ανοσοκύτταρα επιστρέφονται στη συνέχεια στον ασθενή και λειτουργούν ως κατευθυνόμενοι πύραυλοι, εντοπίζοντας και καταστρέφοντας με ακρίβεια τα καρκινικά κύτταρα στο σώμα.