Штучний інтелект створює молекулярні «ракети» для ураження ракових клітин

Персоналізоване лікування раку виходить на новий рівень, оскільки дослідники розробили платформу штучного інтелекту, яка тепер може налаштовувати білкові компоненти та «озброювати» імунні клітини пацієнта для боротьби з раком.

Новий метод, описаний у журналі Science, вперше демонструє, що на комп'ютері можна розробити білки, які можуть перенаправляти імунні клітини для знищення ракових клітин за допомогою молекул pMHC.

Це радикально скорочує час, необхідний для пошуку ефективних молекул для терапії раку – з кількох років до кількох тижнів.

«Ми, по суті, створюємо нову пару очей для імунної системи. Сучасні персоналізовані методи лікування раку базуються на пошуку так званих Т-клітинних рецепторів в імунній системі пацієнта або донора, які можна використовувати в терапії. Це дуже тривалий і складний процес. Наша платформа розробляє молекулярні ключі для розпізнавання ракових клітин за допомогою штучного інтелекту і робить це з неймовірною швидкістю, що дозволяє розробити молекулу-кандидат лише за 4–6 тижнів», – пояснює Тімоті П. Дженкінс, доцент Технічного університету Данії (DTU) та останній автор дослідження.

Цільові ракети проти раку

Платформа штучного інтелекту, розроблена спільно фахівцями DTU та Дослідницького інституту Скріппса (США), вирішує одну з ключових проблем у сфері імунотерапії: створення таргетних методів лікування пухлин без пошкодження здорових тканин.

Як правило, Т-клітини природним чином розпізнають ракові клітини, реагуючи на специфічні пептиди, що відображаються на поверхні клітини молекулами pMHC. Перетворення цих знань на терапію є повільним і складним процесом, особливо тому, що різноманітність індивідуальних рецепторів Т-клітин перешкоджає розробці універсальних, персоналізованих методів лікування.

Зміцнення імунної системи організму

У дослідженні вчені перевірили ефективність платформи на відомій мішені, NY-ESO-1, яка присутня в різних типах раку. Команда успішно розробила міні-зв'язувальний елемент, який щільно зв'язується з молекулами pMHC NY-ESO-1.

Коли цей білок був вставлений у Т-клітини, він створив нову клітинну конструкцію, яку дослідники назвали IMPAC-Т-клітинами. Ці клітини ефективно спрямовували Т-клітини на знищення ракових клітин у лабораторних експериментах.

«Було неймовірно захопливо спостерігати, як міні-зв'язуючі білки, повністю розроблені на комп'ютері, так ефективно працюють у лабораторії», — каже постдок Крістоффер Хаурум Йохансен, співавтор дослідження та дослідник у DTU.

Вчені також використовували платформу для розробки білків, спрямованих на ракову мішень, виявлену у пацієнта з метастатичною меланомою, та успішно створили активні сполуки для цієї мети, довівши, що метод можна застосовувати до нових індивідуальних ракових мішеней.

Віртуальна перевірка безпеки

Ключовим елементом інновації було створення віртуального тесту безпеки. Вчені використовували штучний інтелект для скринінгу створених ними міні-зв'язуючих речовин, порівнюючи їх з молекулами pMHC, присутніми на здорових клітинах. Це дозволило їм відфільтрувати потенційно небезпечні молекули до початку експериментів.

«Точність у лікуванні раку має вирішальне значення. Завдяки прогнозуванню та усуненню перехресних реакцій вже на етапі проектування, ми змогли зменшити ризики та збільшити ймовірність створення безпечної та ефективної терапії», – пояснює професор DTU та співавтор дослідження Сіне Рекер Хадруп.

Лікування – через п'ять років

За оцінками Дженкінса, для проведення перших клінічних випробувань на людях знадобиться до п'яти років. Після впровадження метод буде схожим на існуючі методи, що використовують генетично модифіковані Т-клітини, які називаються CAR-T-терапією та використовуються для лікування лімфоми та лейкемії.

Спочатку у пацієнта береться кров, як під час звичайного тесту. З цієї крові імунні клітини витягуються та модифікуються в лабораторії шляхом введення в них міні-зв'язуючих речовин, розроблених штучним інтелектом. Покращені імунні клітини потім повертаються пацієнту та діють як керовані ракети, точно знаходячи та знищуючи ракові клітини в організмі.