Tekoäly luo molekyyliohjuksia syöpäsolujen tuhoamiseksi

Personoitu syöpähoito on saavuttamassa uuden tason, kun tutkijat ovat kehittäneet tekoälyalustan, joka voi nyt mukauttaa proteiinikomponentteja ja "aseistaa" potilaan immuunisolut taistelemaan syöpää vastaan.

Science -lehdessä kuvattu uusi menetelmä osoittaa ensimmäistä kertaa, että tietokoneella on mahdollista suunnitella proteiineja, jotka voivat ohjata immuunisoluja tappamaan syöpäsoluja pMHC-molekyylien avulla.

Tämä lyhentää radikaalisti syöpähoitoon tehokkaiden molekyylien löytämiseen kuluvaa aikaa – useista vuosista useisiin viikkoihin.

”Luomme pohjimmiltaan uuden silmäparin immuunijärjestelmälle. Nykyiset personoidut syöpähoidot perustuvat niin sanottujen T-solureseptorien löytämiseen potilaan tai luovuttajan immuunijärjestelmästä, joita voidaan käyttää terapiassa. Tämä on erittäin pitkä ja monimutkainen prosessi. Alustamme suunnittelee molekyyliavaimia syöpäsolujen tunnistamiseksi tekoälyn avulla, ja tekee sen uskomattoman nopeasti, jolloin ehdokasmolekyyli voidaan kehittää vain 4–6 viikossa”, selittää Timothy P. Jenkins, Tanskan teknillisen yliopiston (DTU) apulaisprofessori ja tutkimuksen viimeinen kirjoittaja.

Kohdennettuja ohjuksia syöpää vastaan

DTU:n ja Scripps Research Instituten (USA) asiantuntijoiden yhdessä kehittämä tekoälyalusta ratkaisee yhden immunoterapian alan keskeisistä ongelmista: kohdennettujen menetelmien luomisen kasvainten hoitamiseksi vahingoittamatta tervettä kudosta.

T-solut tunnistavat syöpäsolut luonnollisesti reagoimalla pMHC-molekyylien solun pinnalla esittelemiin spesifisiin peptideihin. Tämän tiedon muuntaminen hoitomuotoiksi on hidas ja vaikea prosessi, erityisesti siksi, että yksilöllisten T-solureseptorien monimuotoisuus estää yleismaailmallisten, yksilöllisten hoitojen kehittämisen.

Kehon immuunijärjestelmän vahvistaminen

Tutkimuksessa tutkijat testasivat alustan tehokkuutta tunnettuun kohteeseen, NY-ESO-1:een, jota esiintyy useissa eri syöpätyypeissä. Tiimi onnistui kehittämään mini-sideaineen, joka sitoutui tiukasti NY-ESO-1 pMHC -molekyyleihin.

Kun tämä proteiini lisättiin T-soluihin, se loi uuden solurakenteen, jota tutkijat kutsuivat IMPAC-T-soluiksi. Nämä solut ohjasivat T-soluja tehokkaasti tappamaan syöpäsoluja laboratoriokokeissa.

”Oli uskomattoman jännittävää nähdä, miten kokonaan tietokoneella suunnitellut mini-sitoutumisproteiinit toimivat niin tehokkaasti laboratoriossa”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja ja DTU:n tutkija, postdoc Christoffer Haurum Johansen.

Tutkijat käyttivät alustaa myös proteiinien muokkaamiseen metastaattisesta melanoomasta kärsivällä potilaalla tunnistetun syöpäkohteen kohdistamiseksi ja loivat onnistuneesti aktiivisia yhdisteitä myös tähän tarkoitukseen, mikä osoittaa, että menetelmää voidaan soveltaa uusiin yksittäisiin syöpäkohteisiin.

Virtuaalinen turvatarkastus

Innovaation keskeinen elementti oli virtuaalisen turvallisuustestin luominen. Tutkijat käyttivät tekoälyä seuloakseen luomiaan mini-sidosaineita vertaamalla niitä terveiden solujen pinnalla oleviin pMHC-molekyyleihin. Näin he pystyivät suodattamaan pois mahdollisesti vaaralliset molekyylit ennen kokeiden aloittamista.

"Tarkkuus syövän hoidossa on ratkaisevan tärkeää. Ennusttamalla ja poistamalla ristireaktiot jo suunnitteluvaiheessa pystyimme vähentämään riskejä ja lisäämään turvallisen ja tehokkaan hoidon luomisen todennäköisyyttä", selittää DTU:n professori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja Sine Reker Hadrup.

Hoito - viiden vuoden kuluttua

Jenkins arvioi, että ensimmäisten ihmisillä tehtävien kliinisten kokeiden suorittaminen kestää jopa viisi vuotta. Käyttöönoton jälkeen menetelmä muistuttaa olemassa olevia menetelmiä, joissa käytetään geneettisesti muunneltuja T-soluja, joita kutsutaan CAR-T-terapiaksi ja joita käytetään lymfooman ja leukemian hoitoon.

Ensin potilaalta otetaan verta, kuten normaalissa testissä. Tästä verestä immuunisolut uutetaan ja modifioidaan laboratoriossa injektoimalla niihin tekoälyn suunnittelemia minisideaineita. Parannetut immuunisolut palautetaan sitten potilaaseen, ja ne toimivat ohjattuina ohjuksina, jotka löytävät ja tuhoavat tarkasti syöpäsoluja kehosta.