Sztuczna inteligencja tworzy molekularne „pociski” atakujące komórki nowotworowe

Spersonalizowane leczenie raka osiąga nowy poziom, ponieważ naukowcy opracowali platformę AI, która może teraz dostosowywać składniki białkowe i „uzbrajać” komórki układu odpornościowego pacjenta do walki z rakiem.

Nowa metoda opisana w czasopiśmie Science po raz pierwszy dowodzi, że możliwe jest zaprojektowanie na komputerze białek, które będą mogły przekierowywać komórki układu odpornościowego w celu zabijania komórek nowotworowych przy użyciu cząsteczek pMHC.

Dzięki temu radykalnie skraca się czas potrzebny na znalezienie skutecznych cząsteczek do terapii nowotworowej – z kilku lat do kilku tygodni.

„W gruncie rzeczy tworzymy nową parę oczu dla układu odpornościowego. Obecne spersonalizowane metody leczenia raka opierają się na znajdowaniu tzw. receptorów limfocytów T w układzie odpornościowym pacjenta lub dawcy, które można wykorzystać w terapii. To bardzo długi i złożony proces. Nasza platforma projektuje klucze molekularne do rozpoznawania komórek nowotworowych za pomocą sztucznej inteligencji i robi to z niewiarygodną szybkością, umożliwiając opracowanie cząsteczki kandydackiej w zaledwie 4–6 tygodni” – wyjaśnia Timothy P. Jenkins, profesor nadzwyczajny Duńskiego Uniwersytetu Technicznego (DTU) i ostatni autor badania.

Celowane pociski przeciwnowotworowe

Platforma sztucznej inteligencji, opracowana wspólnie przez specjalistów z DTU i Scripps Research Institute (USA), rozwiązuje jeden z kluczowych problemów w dziedzinie immunoterapii: tworzenie ukierunkowanych metod leczenia nowotworów bez uszkadzania zdrowych tkanek.

Zazwyczaj limfocyty T naturalnie rozpoznają komórki nowotworowe, reagując na specyficzne peptydy prezentowane na powierzchni komórki przez cząsteczki pMHC. Przełożenie tej wiedzy na terapię jest powolnym i trudnym procesem, zwłaszcza że różnorodność receptorów poszczególnych limfocytów T uniemożliwia opracowanie uniwersalnych, spersonalizowanych metod leczenia.

Wzmocnienie układu odpornościowego organizmu

W badaniu naukowcy przetestowali skuteczność platformy na znanym celu, NY-ESO-1, który występuje w różnych typach nowotworów. Zespołowi udało się opracować minibinder, który ściśle wiązał się z cząsteczkami pMHC NY-ESO-1.

Po wprowadzeniu tego białka do limfocytów T, utworzyło ono nowy konstrukt komórkowy, który naukowcy nazwali komórkami IMPAC-T. Komórki te skutecznie kierowały limfocytami T w celu zabijania komórek nowotworowych w eksperymentach laboratoryjnych.

„Niesamowicie ekscytujące było obserwowanie, jak miniaturowe białka wiążące, zaprojektowane w całości na komputerze, działają tak wydajnie w laboratorium” – mówi postdoc Christoffer Haurum Johansen, współautor badania i badacz z DTU.

Naukowcy wykorzystali platformę również do skonstruowania białek ukierunkowanych na cel nowotworowy zidentyfikowany u pacjenta z przerzutowym czerniakiem i udało im się stworzyć w tym celu związki aktywne, co dowodzi, że metodę tę można zastosować do nowych, indywidualnych celów nowotworowych.

Wirtualna kontrola bezpieczeństwa

Kluczowym elementem innowacji było stworzenie wirtualnego testu bezpieczeństwa. Naukowcy wykorzystali sztuczną inteligencję do przebadania stworzonych przez siebie minibinderów, porównując je z cząsteczkami pMHC obecnymi na zdrowych komórkach. Pozwoliło im to odfiltrować potencjalnie niebezpieczne cząsteczki przed rozpoczęciem eksperymentów.

„Precyzja w leczeniu raka jest kluczowa. Dzięki przewidywaniu i eliminowaniu reakcji krzyżowych już na etapie projektowania, udało nam się zmniejszyć ryzyko i zwiększyć prawdopodobieństwo stworzenia bezpiecznej i skutecznej terapii” – wyjaśnia profesor DTU i współautorka badania, Sine Reker Hadrup.

Leczenie - po pięciu latach

Jenkins szacuje, że przeprowadzenie pierwszych badań klinicznych na ludziach zajmie do pięciu lat. Po wdrożeniu, metoda będzie przypominać istniejące metody wykorzystujące genetycznie modyfikowane komórki T, zwane terapią CAR-T, stosowane w leczeniu chłoniaków i białaczek.

Najpierw pobiera się krew od pacjenta, tak jak w przypadku standardowego badania. Z krwi tej ekstrahuje się komórki układu odpornościowego i modyfikuje je w laboratorium poprzez wstrzyknięcie im minibinderów zaprojektowanych przez sztuczną inteligencję. Wzmocnione komórki układu odpornościowego są następnie podawane pacjentowi z powrotem i działają jak pociski kierowane, precyzyjnie lokalizując i niszcząc komórki nowotworowe w organizmie.