Искусственный интеллект создаёт молекулярные «ракеты» для прицельного уничтожения раковых клеток

Персонализированное лечение рака выходит на новый уровень — теперь, благодаря разработке исследователей, стало возможным использовать платформу ИИ для настройки белковых компонентов и «вооружения» иммунных клеток пациента в борьбе с раком.

Новый метод, описанный в журнале Science, впервые демонстрирует, что возможно проектировать белки на компьютере, способные перенаправлять иммунные клетки на уничтожение раковых клеток с помощью молекул pMHC.

Это радикально сокращает время поиска эффективных молекул для терапии рака — с нескольких лет до нескольких недель.

«Фактически, мы создаём для иммунной системы новую пару глаз. Текущие методы индивидуального лечения рака основаны на поиске так называемых рецепторов Т-клеток в иммунной системе пациента или донора, которые можно использовать в терапии. Это очень длительный и сложный процесс. Наша платформа проектирует молекулярные ключи для распознавания раковых клеток с помощью ИИ, и делает это с невероятной скоростью, позволяя получить готовую молекулу-кандидат уже за 4–6 недель», — объясняет Тимоти П. Дженкинс, доцент Технического университета Дании (DTU) и последний автор исследования.

Нацеленные ракеты против рака

ИИ-платформа, разработанная совместно специалистами DTU и Исследовательского института Скриппса (США), решает одну из ключевых задач в области иммунотерапии — создание точечных методов лечения опухолей без повреждения здоровых тканей.

Обычно Т-клетки естественным образом распознают раковые клетки, реагируя на специфические пептиды, представленные на поверхности клеток с помощью молекул pMHC. Использовать это знание в терапии — медленный и трудный процесс, особенно из-за индивидуального разнообразия Т-клеточных рецепторов, которое мешает создавать универсальные персонализированные методы.

Укрепление иммунной системы организма

В ходе исследования учёные протестировали эффективность платформы на известной мишени — NY-ESO-1, присутствующей в различных видах рака. Команда успешно спроектировала минисвязывающий белок (minibinder), который плотно связывался с pMHC-молекулами NY-ESO-1.

Когда этот белок внедрили в Т-клетки, получилась новая клеточная конструкция, которую исследователи назвали IMPAC-T-клетками. Эти клетки эффективно направляли Т-клетки на уничтожение раковых клеток в лабораторных экспериментах.

«Это было невероятно захватывающе — наблюдать, как минисвязывающие белки, полностью созданные на компьютере, настолько эффективно работают в лаборатории», — говорит постдок Кристоффер Хаурум Йохансен, соавтор исследования и исследователь DTU.

Учёные также использовали платформу для разработки белков, нацеленных на раковую мишень, выявленную у пациента с метастатической меланомой, и успешно создали активные соединения и для этой цели. Это доказало, что метод можно применять и к новым индивидуальным мишеням рака.

Виртуальная проверка безопасности

Ключевым элементом инновации стало создание виртуального теста безопасности. Учёные использовали ИИ для скрининга созданных minibinder’ов, сравнивая их с pMHC-молекулами, присутствующими на здоровых клетках. Это позволило отфильтровать потенциально опасные молекулы ещё до начала экспериментов.

«Точность в лечении рака имеет решающее значение. Предсказывая и исключая перекрёстные реакции уже на этапе проектирования, мы смогли снизить риски и повысить вероятность создания безопасной и эффективной терапии», — объясняет профессор DTU и соавтор исследования Сине Рекер Хадруп.

Лечение — через пять лет

По оценке Дженкинса, на проведение первых клинических испытаний у человека потребуется до пяти лет. После внедрения метод будет напоминать существующие методы, использующие генетически модифицированные Т-клетки — CAR-T-терапию, применяемую при лимфоме и лейкемии.

Сначала у пациента берут кровь, как при обычном анализе. Из этой крови извлекаются иммунные клетки, которые в лаборатории модифицируются — им вводят спроектированные ИИ minibinder’ы. Затем улучшенные иммунные клетки возвращают пациенту, и они действуют как наведённые ракеты, точно находя и уничтожая раковые клетки в организме.