Tehisintellekt loob molekulaarseid "rakette" vähirakkude sihtimiseks

Personaliseeritud vähiravi on jõudmas uuele tasemele, kuna teadlased on välja töötanud tehisintellekti platvormi, mis saab nüüd kohandada valgukomponente ja "relvastada" patsiendi immuunrakke vähi vastu võitlemiseks.

Ajakirjas Science kirjeldatud uus meetod näitab esmakordselt, et arvuti abil on võimalik kujundada valke, mis suudavad pMHC molekulide abil suunata immuunrakke vähirakkude hävitamiseks.

See vähendab radikaalselt aega, mis kulub vähiraviks efektiivsete molekulide leidmiseks – mitmelt aastalt mitme nädalani.

„Me loome sisuliselt immuunsüsteemile uue silmapaari. Praegused personaalsed vähiravi meetodid põhinevad niinimetatud T-rakkude retseptorite leidmisel patsiendi või doonori immuunsüsteemis, mida saab teraapias kasutada. See on väga pikk ja keeruline protsess. Meie platvorm kavandab tehisintellekti abil molekulaarseid võtmeid vähirakkude äratundmiseks ja teeb seda uskumatu kiirusega, võimaldades kandidaatmolekuli välja töötada vaid 4–6 nädalaga,“ selgitab Timothy P. Jenkins, Taani Tehnikaülikooli (DTU) dotsent ja uuringu viimane autor.

Sihitud raketid vähi vastu

DTU ja Scrippsi uurimisinstituudi (USA) spetsialistide ühiselt välja töötatud tehisintellekti platvorm lahendab ühe immunoteraapia valdkonna põhiprobleemi: luua sihipäraseid meetodeid kasvajate raviks ilma terveid kudesid kahjustamata.

Tavaliselt tunnevad T-rakud vähirakke loomulikul teel ära, reageerides spetsiifilistele peptiididele, mida eksponeerivad raku pinnal pMHC molekulid. Selle teadmise teraapiasse ülekandmine on aeglane ja keeruline protsess, eriti kuna individuaalne T-rakkude retseptorite mitmekesisus takistab universaalsete ja personaalsete ravimeetodite väljatöötamist.

Keha immuunsüsteemi tugevdamine

Uuringus testisid teadlased platvormi efektiivsust teadaoleva sihtmärgi NY-ESO-1 peal, mida leidub erinevates vähivormides. Meeskonnal õnnestus edukalt luua minisideaine, mis seondus tihedalt NY-ESO-1 pMHC molekulidega.

Kui see valk T-rakkudesse sisestati, loodi uus rakukonstruktsioon, millele teadlased panid nimeks IMPAC-T-rakud. Need rakud suunasid T-rakud laborikatsetes tõhusalt vähirakke hävitama.

„Oli uskumatult põnev näha, kuidas täielikult arvutis loodud minisidumisvalgud laboris nii tõhusalt töötavad,“ ütleb uuringu kaasautor ja DTU teadur järeldoktor Christoffer Haurum Johansen.

Teadlased kasutasid platvormi ka valkude väljatöötamiseks, et sihtida metastaatilise melanoomiga patsiendil tuvastatud vähi sihtmärki, ning lõid selleks otstarbeks edukalt ka aktiivseid ühendeid, mis tõestab, et meetodit saab rakendada uute individuaalsete vähi sihtmärkide puhul.

Virtuaalne turvakontroll

Innovatsiooni põhielement oli virtuaalse ohutustesti loomine. Teadlased kasutasid tehisintellekti loodud minisideainete skriinimiseks, võrreldes neid tervetel rakkudel esinevate pMHC molekulidega. See võimaldas neil enne katsete algust potentsiaalselt ohtlikud molekulid välja filtreerida.

„Täpsus vähiravis on ülioluline. Ristreaktsioonide ennustamise ja kõrvaldamisega juba disainifaasis suutsime vähendada riske ja suurendada ohutu ja tõhusa ravi loomise tõenäosust,“ selgitab DTU professor ja uuringu kaasautor Sine Reker Hadrup.

Ravi - viie aasta pärast

Jenkinsi hinnangul võtab esimeste kliiniliste uuringute läbiviimine inimestel kuni viis aastat. Pärast rakendamist sarnaneb meetod olemasolevate meetoditega, mis kasutavad geneetiliselt muundatud T-rakke ehk CAR-T-teraapiat ning mida kasutatakse lümfoomi ja leukeemia raviks.

Esmalt võetakse patsiendilt verd, nagu tavalise testi puhul. Sellest verest ekstraheeritakse immuunrakud ja modifitseeritakse neid laboris tehisintellekti abil loodud minisideainete süstimise teel. Seejärel viiakse täiustatud immuunrakud patsiendi organismi tagasi ja need toimivad juhitavate rakettidena, leides ja hävitades täpselt organismis vähirakke.