Η εύρεση νέων φαρμάκων – που ονομάζεται «ανακάλυψη φαρμάκων» – είναι μια δαπανηρή και χρονοβόρα εργασία. Αλλά ένας τύπος τεχνητής νοημοσύνης που ονομάζεται μηχανική μάθηση μπορεί να επιταχύνει μαζικά τη διαδικασία και να κάνει τη δουλειά με ένα κλάσμα της τιμής.
Οι συνάδελφοί μου και εγώ χρησιμοποιήσαμε πρόσφατα αυτήν την τεχνολογία για να βρούμε τρεις πολλά υποσχόμενους υποψηφίους για σενολυτικά φάρμακα – φάρμακα που επιβραδύνουν τη γήρανση και αποτρέπουν ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία.
Τα σενολυτικά λειτουργούν σκοτώνοντας γηρασμένα κύτταρα. Αυτά είναι κύτταρα που είναι «ζωντανά» (μεταβολικά ενεργά), αλλά δεν μπορούν πλέον να αναπαραχθούν, εξ ου και το παρατσούκλι τους: κύτταρα ζόμπι.
Η αδυναμία αναπαραγωγής δεν είναι απαραίτητα κακό. Αυτά τα κύτταρα έχουν υποστεί βλάβη στο DNA τους – για παράδειγμα, κύτταρα δέρματος που έχουν υποστεί βλάβη από τις ακτίνες του ήλιου – επομένως η διακοπή της αναπαραγωγής εμποδίζει την εξάπλωση της βλάβης.
Αλλά τα γηρασμένα κύτταρα δεν είναι πάντα καλό. Εκκρίνουν α κοκτέιλ φλεγμονωδών πρωτεϊνών που μπορεί να εξαπλωθεί σε γειτονικά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια μιας ζωής, τα κύτταρα μας υφίστανται ένα μπαράζ επιθέσεων, από τις ακτίνες UV έως την έκθεση σε χημικές ουσίες, και έτσι αυτά τα κύτταρα συσσωρεύονται. Αυξημένοι αριθμοί γηρασμένων κυττάρων έχουν εμπλακεί σε α σειρά ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων του διαβήτη τύπου 2, του COVID, της πνευμονικής ίνωσης, της οστεοαρθρίτιδας και του καρκίνου.
Μελέτες σε ποντίκια εργαστηρίου έχουν δείξει ότι η εξάλειψη των γηρασμένων κυττάρων, χρησιμοποιώντας σενολυτικά, μπορεί να βελτιώσει αυτές τις ασθένειες. Αυτά τα φάρμακα μπορούν να σκοτώσουν τα κύτταρα ζόμπι διατηρώντας τα υγιή κύτταρα ζωντανά.
Γύρω 80 σενολυτικά είναι γνωστά, αλλά μόνο δύο έχουν δοκιμαστεί σε ανθρώπους: ένας συνδυασμός dasatinib και quercetin. Θα ήταν υπέροχο να βρούμε περισσότερα σηνολυτικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες ασθένειες, αλλά χρειάζονται δέκα έως 20 χρόνια και δισεκατομμύρια δολάρια ένα φάρμακο για να βγει στην αγορά.
Αποτελέσματα σε πέντε λεπτά
Οι συνάδελφοί μου και εγώ – συμπεριλαμβανομένων ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και το Ισπανικό Εθνικό Ερευνητικό Συμβούλιο IBBTEC-CSIC στο Σανταντέρ της Ισπανίας – θέλαμε να μάθουμε αν μπορούσαμε να εκπαιδεύσουμε μοντέλα μηχανικής μάθησης για τον εντοπισμό νέων υποψηφίων για σμηνολυτικά φάρμακα.
Για να γίνει αυτό, τροφοδοτήσαμε μοντέλα AI με παραδείγματα γνωστών σενολυτικά και μη σενολυτικά. Τα μοντέλα έμαθαν να διακρίνουν μεταξύ των δύο και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να προβλέψουν εάν μόρια που δεν είχαν δει ποτέ πριν θα μπορούσαν επίσης να είναι σενολυτικά.
Κατά την επίλυση ενός προβλήματος μηχανικής μάθησης, συνήθως δοκιμάζουμε πρώτα τα δεδομένα σε μια σειρά διαφορετικών μοντέλων, καθώς ορισμένα από αυτά τείνουν να έχουν καλύτερη απόδοση από άλλα. Για να προσδιορίσουμε το μοντέλο με την καλύτερη απόδοση, στην αρχή της διαδικασίας, διαχωρίζουμε ένα μικρό τμήμα των διαθέσιμων δεδομένων εκπαίδευσης και το κρατάμε κρυφό από το μοντέλο μέχρι την ολοκλήρωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε αυτά τα δεδομένα δοκιμής για να ποσοτικοποιήσουμε πόσα σφάλματα κάνει το μοντέλο. Αυτός που κάνει τα λιγότερα λάθη, κερδίζει.
Καθορίσαμε το καλύτερο μοντέλο μας και το ρυθμίσαμε να κάνει προβλέψεις. Του δώσαμε 4,340 μόρια και πέντε λεπτά αργότερα έδωσε μια λίστα με αποτελέσματα.
Το μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης εντόπισε 21 μόρια με κορυφαία βαθμολογία τα οποία έκρινε ότι είχαν μεγάλη πιθανότητα να είναι σενολυτικά. Εάν είχαμε δοκιμάσει τα αρχικά 4,340 μόρια στο εργαστήριο, θα χρειάζονταν τουλάχιστον μερικές εβδομάδες εντατικής εργασίας και 50,000 £ μόνο για να αγοράσουμε τις ενώσεις, χωρίς να υπολογίζεται το κόστος των πειραματικών μηχανημάτων και της εγκατάστασης.
Στη συνέχεια δοκιμάσαμε αυτά τα υποψήφια φάρμακα σε δύο τύπους κυττάρων: υγιή και γηρασμένα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι από τις 21 ενώσεις, τρεις (περιπλοκίνη, ολεανδρίνη και γκινγκετίνη) ήταν σε θέση να εξαλείψουν τα γηρασμένα κύτταρα, διατηρώντας τα περισσότερα από τα φυσιολογικά κύτταρα ζωντανά. Αυτά τα νέα σενολυτικά στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε περαιτέρω δοκιμές για να μάθουν περισσότερα για το πώς λειτουργούν στο σώμα.
Πιο λεπτομερή βιολογικά πειράματα έδειξαν ότι, από τα τρία φάρμακα, η ολεανδρίνη ήταν πιο αποτελεσματική από το γνωστό σενολυτικό φάρμακο με τις καλύτερες επιδόσεις του είδους του.
Οι πιθανές επιπτώσεις αυτής της διεπιστημονικής προσέγγισης – με τη συμμετοχή επιστημόνων δεδομένων, χημικών και βιολόγων – είναι τεράστιες. Λαμβάνοντας υπόψη αρκετά υψηλής ποιότητας δεδομένα, τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να επιταχύνουν την εκπληκτική δουλειά που κάνουν οι χημικοί και οι βιολόγοι για να βρουν θεραπείες και θεραπείες για ασθένειες – ειδικά εκείνες που δεν ικανοποιούνται.
Έχοντας τα επικυρώσει σε γηρασμένα κύτταρα, δοκιμάζουμε τώρα τα τρία υποψήφια σηνολυτικά σε ανθρώπινο πνευμονικό ιστό. Ελπίζουμε να αναφέρουμε τα επόμενα αποτελέσματά μας σε δύο χρόνια.
Σχετικά με το Συγγραφέας
Βανέσα Σμερ-Μπαρέτο, Ερευνητής, Ινστιτούτο Γενετικής και Μοριακής Ιατρικής, Το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Σχετικές Βιβλία:
The Body Keeps the Score: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma
από τον Bessel van der Kolk
Αυτό το βιβλίο διερευνά τις συνδέσεις μεταξύ του τραύματος και της σωματικής και ψυχικής υγείας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη θεραπεία και την ανάρρωση.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Breath: The New Science of a Lost Art
από τον James Nestor
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της αναπνοής, προσφέροντας ιδέες και τεχνικές για τη βελτίωση της σωματικής και ψυχικής υγείας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Το παράδοξο των φυτών: Οι κρυμμένοι κίνδυνοι σε «υγιεινές» τροφές που προκαλούν ασθένειες και αύξηση βάρους
από τον Steven R. Gundry
Αυτό το βιβλίο διερευνά τους δεσμούς μεταξύ διατροφής, υγείας και ασθένειας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
The Immunity Code: The New Paradigm for Real Health and Radical Anti-aging
από τον Joel Greene
Αυτό το βιβλίο προσφέρει μια νέα προοπτική για την υγεία και την ανοσία, βασιζόμενη στις αρχές της επιγενετικής και προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτιστοποίηση της υγείας και της γήρανσης.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Ο πλήρης οδηγός νηστείας: Θεραπεύστε το σώμα σας μέσω διαλείπουσας, εναλλασσόμενης ημέρας και παρατεταμένης νηστείας
από τον Δρ Jason Fung και τον Jimmy Moore
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της νηστείας προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
