Sztuczna inteligencja projektuje białka do precyzyjnego niszczenia komórek rakowych

Spersonalizowane leczenie nowotworów na szeroką skalę staje się coraz bardziej realne dzięki opracowaniu platformy sztucznej inteligencji, która potrafi projektować białkowe komponenty i uzbrajać komórki odpornościowe pacjenta do walki z rakiem. Nowa metoda, opisana na łamach czasopisma Science, po raz pierwszy dowodzi, że możliwe jest komputerowe projektowanie białek umożliwiających ukierunkowanie komórek odpornościowych na komórki nowotworowe poprzez cząsteczki pMHC (peptyd-MHC).

Dzięki tej technologii czas potrzebny na znalezienie skutecznych cząsteczek terapeutycznych skraca się z kilku lat do zaledwie kilku tygodni.

– W istocie tworzymy dla układu odpornościowego nowy zestaw „oczu”. Obecne metody leczenia nowotworów oparte są na żmudnym i czasochłonnym poszukiwaniu odpowiednich receptorów limfocytów T, które można wykorzystać terapeutycznie. Nasza platforma projektuje molekularne „klucze” do rozpoznawania komórek nowotworowych z użyciem sztucznej inteligencji, robi to w niezwykłym tempie i potrafi wygenerować nową cząsteczkę w ciągu 4–6 tygodni – wyjaśnia dr hab. Timothy P. Jenkins z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego (DTU), główny autor badania.

Ukierunkowane pociski przeciwko nowotworowi

Platforma AI opracowana wspólnie przez zespół z DTU i amerykańskiego Instytutu Badawczego Scripps ma na celu rozwiązanie jednego z głównych wyzwań w immunoterapii nowotworów – stworzenie terapii celowanej, która uderza wyłącznie w komórki nowotworowe, omijając zdrowe tkanki.

W normalnych warunkach limfocyty T rozpoznają komórki rakowe poprzez wykrywanie peptydów prezentowanych na ich powierzchni przez cząsteczki pMHC. Jednakże wykorzystanie tej wiedzy terapeutycznie napotyka na trudność wynikającą z różnorodności receptorów T w organizmie, co utrudnia opracowanie leczenia dopasowanego do konkretnego pacjenta.

Wzmocnienie układu odpornościowego pacjenta

W badaniu naukowcy przetestowali możliwości platformy AI na znanym nowotworowym antygenie – NY-ESO-1 – obecnym w wielu rodzajach nowotworów. Zespół zaprojektował minibinder (miniaturowe białko wiążące), które silnie wiązało się z pMHC prezentującym NY-ESO-1. Po wprowadzeniu do limfocytów T, białko to stworzyło nowy, zmodyfikowany produkt komórkowy nazwany przez autorów „IMPAC-T”, który skutecznie kierował limfocyty do niszczenia komórek rakowych w badaniach laboratoryjnych.

– Niezwykle ekscytujące było obserwowanie, jak te minibindery, zaprojektowane całkowicie komputerowo, działają tak skutecznie w laboratorium – mówi dr Kristoffer Haurum Johansen, współautor badania i pracownik naukowy DTU.

Zespół zastosował platformę także do zaprojektowania binderów dla unikalnego celu nowotworowego zidentyfikowanego u pacjenta z przerzutującym czerniakiem. Uzyskano skuteczne wiązanie również w tym przypadku, co potwierdza możliwość personalizacji immunoterapii wobec nowych, dotąd nieopisanych celów molekularnych.

Bezpieczny wybór molekuł

Kluczowym elementem innowacji było opracowanie tzw. „wirtualnego testu bezpieczeństwa”. Dzięki niemu, projektanci mogli na etapie komputerowym ocenić, czy minibindery mogą przypadkowo oddziaływać z cząsteczkami pMHC obecnymi na zdrowych komórkach. Pozwoliło to wyeliminować potencjalnie toksyczne cząsteczki jeszcze przed rozpoczęciem badań in vitro.

– Precyzja w leczeniu nowotworów jest kluczowa. Możliwość przewidywania i eliminowania reakcji krzyżowych już na etapie projektowania znacząco zwiększa bezpieczeństwo terapii i szansę na jej skuteczność – podkreśla prof. Sine Reker Hadrup z DTU, współautorka badania.

Pięć lat do pierwszych prób klinicznych

Timothy Patrick Jenkins przewiduje, że metoda może być gotowa do badań klinicznych u ludzi w ciągu około pięciu lat. Proces leczenia będzie przypominać obecnie stosowane terapie z użyciem zmodyfikowanych genetycznie komórek T, np. CAR-T, które stosuje się już w leczeniu chłoniaków i białaczek.

Pacjentowi pobierana będzie próbka krwi, z której następnie izoluje się komórki odpornościowe. W laboratorium zostaną one zmodyfikowane w taki sposób, aby zawierały komputerowo zaprojektowane minibindery. Zmodyfikowane limfocyty zostaną następnie ponownie podane pacjentowi, gdzie będą działać jak precyzyjne pociski – lokalizując i niszcząc komórki nowotworowe.

Źródło: Science, De novo-designed pMHC binders facilitate T cell-mediated cytotoxicity towards cancer cells, Technical University of Denmark

DOI: https://doi.org/10.1126/science.adv0422