Kunstig intelligens lager molekylære «missiler» for å målrette kreftceller

Personlig kreftbehandling når et nytt nivå ettersom forskere har utviklet en AI-plattform som nå kan tilpasse proteinkomponenter og «bevæpne» en pasients immunceller til å bekjempe kreft.

En ny metode beskrevet i tidsskriftet Science viser for første gang at det er mulig å designe proteiner på en datamaskin som kan omdirigere immunceller til å drepe kreftceller ved hjelp av pMHC-molekyler.

Dette reduserer radikalt tiden det tar å finne effektive molekyler for kreftbehandling – fra flere år til flere uker.

«Vi skaper i bunn og grunn et nytt par øyne for immunsystemet. Nåværende persontilpassede kreftbehandlinger er basert på å finne såkalte T-cellereseptorer i pasientens eller donorens immunsystem som kan brukes i terapi. Dette er en veldig lang og kompleks prosess. Plattformen vår designer molekylære nøkler for å gjenkjenne kreftceller ved hjelp av kunstig intelligens, og gjør det med utrolig hastighet, slik at et kandidatmolekyl kan utvikles på bare 4–6 uker», forklarer Timothy P. Jenkins, førsteamanuensis ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og den siste forfatteren av studien.

Målrettede missiler mot kreft

AI-plattformen, utviklet i fellesskap av spesialister fra DTU og Scripps Research Institute (USA), løser et av hovedproblemene innen immunterapi: å lage målrettede metoder for å behandle svulster uten å skade friskt vev.

Vanligvis gjenkjenner T-celler naturlig kreftceller ved å reagere på spesifikke peptider som vises på celleoverflaten av pMHC-molekyler. Å oversette denne kunnskapen til behandling er en langsom og vanskelig prosess, spesielt fordi individuell T-cellereseptormangfold hindrer utviklingen av universelle, personlige behandlinger.

Styrking av kroppens immunforsvar

I studien testet forskerne plattformens effektivitet på et kjent mål, NY-ESO-1, som finnes i ulike typer kreft. Teamet klarte å konstruere en minibinder som bandt seg tett til NY-ESO-1 pMHC-molekyler.

Da dette proteinet ble satt inn i T-celler, skapte det en ny cellekonstruksjon som forskerne kalte IMPAC-T-celler. Disse cellene dirigerte effektivt T-celler til å drepe kreftceller i laboratorieforsøk.

«Det var utrolig spennende å se hvordan mini-bindende proteiner, designet utelukkende på en datamaskin, fungerer så effektivt i laboratoriet», sier postdoktor Christoffer Haurum Johansen, medforfatter av studien og forsker ved DTU.

Forskerne brukte også plattformen til å konstruere proteiner for å målrette et kreftmål identifisert hos en pasient med metastatisk melanom, og de har også klart å lage aktive forbindelser for dette formålet, noe som beviser at metoden kan brukes på nye individuelle kreftmål.

Virtuell sikkerhetskontroll

Hovedelementet i innovasjonen var å lage en virtuell sikkerhetstest. Forskere brukte kunstig intelligens til å screene minibinderne de laget, og sammenlignet dem med pMHC-molekyler som finnes på friske celler. Dette tillot dem å filtrere ut potensielt farlige molekyler før eksperimentene startet.

«Presisjon i kreftbehandling er avgjørende. Ved å forutsi og eliminere kryssreaksjoner allerede i designfasen, kunne vi redusere risikoer og øke sannsynligheten for å skape en trygg og effektiv behandling», forklarer DTU-professor og medforfatter av studien, Sine Reker Hadrup.

Behandling - etter fem år

Jenkins anslår at det vil ta opptil fem år å gjennomføre de første kliniske studiene på mennesker. Når metoden er implementert, vil den ligne på eksisterende metoder som bruker genmodifiserte T-celler, kalt CAR-T-terapi, som brukes til å behandle lymfom og leukemi.

Først tas blodprøve fra pasienten, som i en vanlig test. Fra dette blodet ekstraheres og modifiseres immunceller i laboratoriet ved å injisere dem med AI-designede minibindere. De forbedrede immuncellene returneres deretter til pasienten og fungerer som styrte missiler som presist finner og ødelegger kreftceller i kroppen.