Umjetna inteligencija stvara molekularne 'rakete' za ciljanje stanica raka

Personalizirano liječenje raka doseže novu razinu jer su istraživači razvili platformu umjetne inteligencije koja sada može prilagoditi proteinske komponente i "naoružati" pacijentove imunološke stanice za borbu protiv raka.

Nova metoda opisana u časopisu Science prvi put pokazuje da je moguće dizajnirati proteine na računalu koji mogu preusmjeriti imunološke stanice da ubijaju stanice raka pomoću pMHC molekula.

To radikalno smanjuje vrijeme potrebno za pronalazak učinkovitih molekula za terapiju raka - s nekoliko godina na nekoliko tjedana.

„U biti stvaramo novi par očiju za imunološki sustav. Trenutni personalizirani tretmani raka temelje se na pronalaženju takozvanih T-staničnih receptora u imunološkom sustavu pacijenta ili donora koji se mogu koristiti u terapiji. To je vrlo dug i složen proces. Naša platforma dizajnira molekularne ključeve za prepoznavanje stanica raka pomoću umjetne inteligencije i to čini nevjerojatnom brzinom, omogućujući razvoj molekule kandidata za samo 4-6 tjedana“, objašnjava Timothy P. Jenkins, izvanredni profesor na Tehničkom sveučilištu Danske (DTU) i posljednji autor studije.

Ciljane rakete protiv raka

AI platforma, koju su zajednički razvili stručnjaci s DTU-a i Scripps Research Institutea (SAD), rješava jedan od ključnih problema u području imunoterapije: stvaranje ciljanih metoda za liječenje tumora bez oštećenja zdravog tkiva.

Tipično, T stanice prirodno prepoznaju stanice raka reagirajući na specifične peptide prikazane na površini stanice putem pMHC molekula. Prevođenje ovog znanja u terapiju je spor i težak proces, posebno zato što raznolikost individualnih receptora T stanica sprječava razvoj univerzalnih, personaliziranih tretmana.

Jačanje imunološkog sustava tijela

U studiji su znanstvenici testirali učinkovitost platforme na poznatoj meti, NY-ESO-1, koja je prisutna u raznim vrstama raka. Tim je uspješno konstruirao mini-vezivač koji se čvrsto veže na molekule pMHC-a NY-ESO-1.

Kada je ovaj protein umetnut u T stanice, stvorio je novu staničnu konstrukciju koju su istraživači nazvali IMPAC-T stanice. Te su stanice učinkovito usmjeravale T stanice da ubijaju stanice raka u laboratorijskim eksperimentima.

„Bilo je nevjerojatno uzbudljivo vidjeti kako mini-vezujući proteini, u potpunosti dizajnirani na računalu, rade tako učinkovito u laboratoriju“, kaže postdoktorand Christoffer Haurum Johansen, koautor studije i istraživač na DTU-u.

Znanstvenici su također koristili platformu za inženjering proteina kako bi ciljali metu raka identificiranu kod pacijenta s metastatskim melanomom te su uspješno stvorili aktivne spojeve i za tu svrhu, dokazujući da se metoda može primijeniti na nove pojedinačne mete raka.

Virtualna sigurnosna provjera

Ključni element inovacije bilo je stvaranje virtualnog testa sigurnosti. Znanstvenici su koristili umjetnu inteligenciju za probir mini-vezivača koje su stvorili, uspoređujući ih s molekulama pMHC prisutnima na zdravim stanicama. To im je omogućilo filtriranje potencijalno opasnih molekula prije početka eksperimenata.

„Preciznost u liječenju raka je ključna. Predviđanjem i uklanjanjem unakrsnih reakcija već u fazi dizajna uspjeli smo smanjiti rizike i povećati vjerojatnost stvaranja sigurne i učinkovite terapije“, objašnjava profesorica DTU-a i koautorica studije Sine Reker Hadrup.

Liječenje - nakon pet godina

Jenkins procjenjuje da će provođenje prvih kliničkih ispitivanja na ljudima trajati do pet godina. Nakon što se provede, metoda će nalikovati postojećim metodama koje koriste genetski modificirane T-stanice, nazvane CAR-T terapija, koje se koriste za liječenje limfoma i leukemije.

Prvo se pacijentu uzima krv, kao i kod normalnog testa. Iz te se krvi u laboratoriju izdvajaju i modificiraju imunološke stanice ubrizgavanjem mini-vezivača dizajniranih umjetnom inteligencijom. Poboljšane imunološke stanice zatim se vraćaju pacijentu i djeluju kao navođeni projektili, precizno pronalazeći i uništavajući stanice raka u tijelu.