Umělá inteligence vytváří molekulární „střely“ zaměřené na rakovinné buňky

Personalizovaná léčba rakoviny dosahuje nové úrovně, protože vědci vyvinuli platformu umělé inteligence, která nyní dokáže přizpůsobit proteinové složky a „vyzbrojit“ imunitní buňky pacienta k boji s rakovinou.

Nová metoda popsaná v časopise Science poprvé ukazuje, že je možné na počítači navrhnout proteiny, které dokáží přesměrovat imunitní buňky k ničení rakovinných buněk pomocí molekul pMHC.

To radikálně zkracuje dobu potřebnou k nalezení účinných molekul pro léčbu rakoviny – z několika let na několik týdnů.

„V podstatě vytváříme nový pár očí pro imunitní systém. Současné personalizované léčby rakoviny jsou založeny na nalezení tzv. T-buněčných receptorů v imunitním systému pacienta nebo dárce, které lze použít v terapii. Jedná se o velmi dlouhý a složitý proces. Naše platforma navrhuje molekulární klíče pro rozpoznávání rakovinných buněk pomocí umělé inteligence a dělá to neuvěřitelnou rychlostí, což umožňuje vyvinout kandidátskou molekulu za pouhé 4–6 týdnů,“ vysvětluje Timothy P. Jenkins, docent na Technické univerzitě v Dánsku (DTU) a poslední autor studie.

Cílené střely proti rakovině

Platforma umělé inteligence, vyvinutá společně specialisty z DTU a Scripps Research Institute (USA), řeší jeden z klíčových problémů v oblasti imunoterapie: vytváření cílených metod pro léčbu nádorů bez poškození zdravé tkáně.

T buňky obvykle přirozeně rozpoznávají rakovinné buňky reakcí na specifické peptidy zobrazené na buněčném povrchu molekulami pMHC. Převedení těchto znalostí do terapie je pomalý a obtížný proces, zejména proto, že rozmanitost individuálních receptorů T buněk brání vývoji univerzálních, personalizovaných léčebných postupů.

Posílení imunitního systému těla

Ve studii vědci testovali účinnost platformy na známém cíli, NY-ESO-1, který je přítomen v různých typech rakoviny. Týmu se podařilo vytvořit mini-vazebné činidlo, které se pevně váže na molekuly pMHC NY-ESO-1.

Když byl tento protein vložen do T buněk, vytvořil novou buněčnou konstrukci, kterou vědci nazvali IMPAC-T buňky. Tyto buňky v laboratorních experimentech účinně řídily T buňky k ničení rakovinných buněk.

„Bylo neuvěřitelně vzrušující sledovat, jak mini-vazebné proteiny, navržené výhradně na počítači, fungují v laboratoři tak efektivně,“ říká postdoktorand Christoffer Haurum Johansen, spoluautor studie a výzkumník na DTU.

Vědci také využili platformu k vývoji proteinů zaměřených na cílovou skupinu rakoviny identifikovanou u pacienta s metastatickým melanomem a úspěšně vytvořili aktivní sloučeniny i pro tento účel, což dokazuje, že metoda může být aplikována na nové individuální cílové skupiny rakoviny.

Virtuální bezpečnostní kontrola

Klíčovým prvkem inovace bylo vytvoření virtuálního bezpečnostního testu. Vědci použili umělou inteligenci k prověřování minivazebných molekul, které vytvořili, a porovnávali je s molekulami pMHC přítomnými na zdravých buňkách. To jim umožnilo odfiltrovat potenciálně nebezpečné molekuly ještě před zahájením experimentů.

„Přesnost v léčbě rakoviny je klíčová. Předvídáním a eliminací křížových reakcí již ve fázi návrhu jsme byli schopni snížit rizika a zvýšit pravděpodobnost vytvoření bezpečné a účinné terapie,“ vysvětluje profesor DTU a spoluautor studie Sine Reker Hadrup.

Léčba - po pěti letech

Jenkins odhaduje, že provedení prvních klinických studií na lidech bude trvat až pět let. Po zavedení se metoda bude podobat stávajícím metodám využívajícím geneticky modifikované T-buňky, nazývaným CAR-T terapie, které se používají k léčbě lymfomu a leukémie.

Nejprve se pacientovi odebere krev, stejně jako při běžném testu. Z této krve se extrahují imunitní buňky a v laboratoři se upraví injekčním podáním minipojiv navržených umělou inteligencí. Vylepšené imunitní buňky se poté vrátí pacientovi a fungují jako řízené střely, které přesně nacházejí a ničí rakovinné buňky v těle.