ปัญญาประดิษฐ์สร้าง 'ขีปนาวุธ' โมเลกุลเพื่อกำหนดเป้าหมายเซลล์มะเร็ง

การรักษามะเร็งแบบเฉพาะบุคคลกำลังก้าวไปสู่อีกระดับ เนื่องจากนักวิจัยได้พัฒนาแพลตฟอร์ม AI ที่สามารถปรับแต่งส่วนประกอบของโปรตีนและ "เสริม" เซลล์ภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยเพื่อต่อสู้กับมะเร็งได้

วิธีการใหม่ที่อธิบายไว้ในวารสารScienceแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าเป็นไปได้ที่จะออกแบบโปรตีนบนคอมพิวเตอร์ที่สามารถเปลี่ยนเส้นทางเซลล์ภูมิคุ้มกันเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็งโดยใช้โมเลกุล pMHC

วิธีนี้ช่วยลดเวลาในการค้นหาโมเลกุลที่มีประสิทธิผลสำหรับการบำบัดมะเร็งลงอย่างมาก จากเดิมหลายปีเหลือเพียงไม่กี่สัปดาห์

“โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังสร้างดวงตาคู่ใหม่สำหรับระบบภูมิคุ้มกัน การรักษามะเร็งเฉพาะบุคคลในปัจจุบันอาศัยการค้นหาตัวรับทีเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยหรือผู้บริจาค ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการบำบัดได้ นี่เป็นกระบวนการที่ยาวนานและซับซ้อนมาก แพลตฟอร์มของเราออกแบบกุญแจโมเลกุลสำหรับการตรวจจับเซลล์มะเร็งโดยใช้ AI และดำเนินการด้วยความเร็วที่น่าทึ่ง ทำให้สามารถพัฒนาโมเลกุลที่เป็นตัวเลือกได้ภายในเวลาเพียง 4-6 สัปดาห์” ทิโมธี พี. เจนกินส์ รองศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก (DTU) และผู้เขียนคนสุดท้ายของการศึกษานี้ อธิบาย

ขีปนาวุธมุ่งเป้าต่อต้านมะเร็ง

แพลตฟอร์ม AI ที่พัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญจาก DTU และ Scripps Research Institute (สหรัฐอเมริกา) ร่วมกันช่วยแก้ไขปัญหาสำคัญประการหนึ่งในสาขาภูมิคุ้มกันบำบัด นั่นคือ การสร้างวิธีการรักษาแบบตรงเป้าหมายโดยไม่ทำลายเนื้อเยื่อที่แข็งแรง

โดยทั่วไปแล้ว ทีเซลล์จะจดจำเซลล์มะเร็งโดยธรรมชาติโดยการตอบสนองต่อเปปไทด์เฉพาะที่โมเลกุล pMHC แสดงบนพื้นผิวเซลล์ การนำความรู้นี้ไปใช้ในการรักษาเป็นกระบวนการที่ช้าและยากลำบาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความหลากหลายของตัวรับทีเซลล์แต่ละตัวทำให้การพัฒนาวิธีการรักษาแบบองค์รวมและเฉพาะบุคคลเป็นเรื่องยาก

การเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบประสิทธิภาพของแพลตฟอร์มนี้กับเป้าหมายที่ทราบอยู่แล้ว นั่นคือ NY-ESO-1 ซึ่งพบในมะเร็งหลายชนิด ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการออกแบบมินิไบน์เดอร์ที่สามารถจับกับโมเลกุล NY-ESO-1 pMHC ได้อย่างแน่นหนา

เมื่อโปรตีนนี้ถูกแทรกเข้าไปในเซลล์ที มันได้สร้างโครงสร้างเซลล์ใหม่ที่นักวิจัยเรียกว่า IMPAC-T cells เซลล์เหล่านี้ทำหน้าที่ชี้นำเซลล์ทีให้ฆ่าเซลล์มะเร็งในการทดลองในห้องปฏิบัติการได้อย่างมีประสิทธิภาพ

“เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่งที่ได้เห็นว่าโปรตีนที่จับกับมินิซึ่งออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ทั้งหมดทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในห้องแล็บได้อย่างไร” Christoffer Haurum Johansen นักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้ที่ DTU กล่าว

นักวิทยาศาสตร์ยังใช้แพลตฟอร์มในการออกแบบโปรตีนเพื่อกำหนดเป้าหมายมะเร็งที่พบในผู้ป่วยมะเร็งผิวหนังที่แพร่กระจาย และประสบความสำเร็จในการสร้างสารประกอบที่มีฤทธิ์สำหรับจุดประสงค์นี้เช่นกัน ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นว่าวิธีการนี้สามารถนำไปใช้กับเป้าหมายมะเร็งแต่ละรายใหม่ได้

การตรวจสอบความปลอดภัยเสมือนจริง

องค์ประกอบสำคัญของนวัตกรรมนี้คือการสร้างการทดสอบความปลอดภัยแบบเสมือนจริง นักวิทยาศาสตร์ใช้ AI เพื่อคัดกรองสารยึดเกาะขนาดเล็กที่พวกเขาสร้างขึ้น โดยเปรียบเทียบกับโมเลกุล pMHC ที่มีอยู่ในเซลล์ปกติ ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถกรองโมเลกุลที่อาจเป็นอันตรายออกได้ก่อนเริ่มการทดลอง

“ความแม่นยำในการรักษามะเร็งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ด้วยการคาดการณ์และกำจัดปฏิกิริยาร่วมที่เกิดขึ้นตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ เราจึงสามารถลดความเสี่ยงและเพิ่มโอกาสในการสร้างวิธีการรักษาที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ” ศาสตราจารย์ Sine Reker Hadrup จากมหาวิทยาลัย DTU และผู้ร่วมเขียนงานวิจัยอธิบาย

การรักษา - หลังจากห้าปี

เจนกินส์ประเมินว่าจะใช้เวลาถึงห้าปีในการดำเนินการทดลองทางคลินิกในมนุษย์ครั้งแรก เมื่อนำไปใช้จริง วิธีการนี้จะคล้ายคลึงกับวิธีการที่มีอยู่เดิมที่ใช้เซลล์ทีดัดแปลงพันธุกรรมที่เรียกว่า CAR-T therapy ซึ่งใช้ในการรักษามะเร็งต่อมน้ำเหลืองและมะเร็งเม็ดเลือดขาว

ขั้นแรก จะมีการดึงเลือดจากผู้ป่วย เช่นเดียวกับการทดสอบปกติ จากนั้นเซลล์ภูมิคุ้มกันจะถูกสกัดและปรับแต่งในห้องปฏิบัติการโดยการฉีดสารยึดเกาะขนาดเล็กที่ออกแบบโดย AI เข้าไป เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ได้รับการปรับปรุงแล้วจะถูกส่งกลับคืนสู่ผู้ป่วย และทำหน้าที่เป็นขีปนาวุธนำวิถี เพื่อค้นหาและทำลายเซลล์มะเร็งในร่างกายอย่างแม่นยำ