Kunstig intelligens skaber molekylære 'missiler' for at målrette kræftceller

Personlig kræftbehandling når et nyt niveau, da forskere har udviklet en AI-platform, der nu kan tilpasse proteinkomponenter og "bevæbne" en patients immunceller til at bekæmpe kræft.

En ny metode beskrevet i tidsskriftet Science viser for første gang, at det er muligt at designe proteiner på en computer, der kan omdirigere immunceller til at dræbe kræftceller ved hjælp af pMHC-molekyler.

Dette reducerer radikalt den tid, det tager at finde effektive molekyler til kræftbehandling – fra flere år til flere uger.

"Vi skaber i bund og grund et nyt par øjne for immunsystemet. Nuværende personlige kræftbehandlinger er baseret på at finde såkaldte T-cellereceptorer i patientens eller donorens immunsystem, der kan bruges i terapi. Dette er en meget lang og kompleks proces. Vores platform designer molekylære nøgler til at genkende kræftceller ved hjælp af kunstig intelligens, og gør det med en utrolig hastighed, hvilket gør det muligt at udvikle et kandidatmolekyle på bare 4-6 uger," forklarer Timothy P. Jenkins, lektor ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og den sidste forfatter af studiet.

Målrettede missiler mod kræft

AI-platformen, der er udviklet i fællesskab af specialister fra DTU og Scripps Research Institute (USA), løser et af de centrale problemer inden for immunterapi: at skabe målrettede metoder til behandling af tumorer uden at skade sundt væv.

Typisk genkender T-celler naturligt kræftceller ved at reagere på specifikke peptider, der vises på celleoverfladen af pMHC-molekyler. At omsætte denne viden til behandling er en langsom og vanskelig proces, især fordi den individuelle T-cellereceptordiversitet forhindrer udviklingen af universelle, personlige behandlinger.

Styrkelse af kroppens immunforsvar

I studiet testede forskerne platformens effektivitet på et kendt mål, NY-ESO-1, som findes i forskellige typer kræft. Holdet udviklede med succes en minibinder, der bandt tæt til NY-ESO-1 pMHC-molekyler.

Da dette protein blev indsat i T-celler, skabte det en ny cellekonstruktion, som forskerne kaldte IMPAC-T-celler. Disse celler dirigerede effektivt T-celler til at dræbe kræftceller i laboratorieforsøg.

"Det var utrolig spændende at se, hvordan mini-bindende proteiner, designet udelukkende på en computer, fungerer så effektivt i laboratoriet," siger postdoc Christoffer Haurum Johansen, medforfatter til studiet og forsker ved DTU.

Forskerne brugte også platformen til at konstruere proteiner, der var målrettet mod et kræftmål identificeret hos en patient med metastatisk melanom, og de har med succes skabt aktive forbindelser til dette formål, hvilket beviser, at metoden kan anvendes på nye individuelle kræftmål.

Virtuel sikkerhedskontrol

Det centrale element i innovationen var skabelsen af en virtuel sikkerhedstest. Forskere brugte kunstig intelligens til at screene de minibindere, de skabte, og sammenlignede dem med pMHC-molekyler, der findes på raske celler. Dette gjorde det muligt for dem at filtrere potentielt farlige molekyler fra, før eksperimenterne begyndte.

"Præcision i kræftbehandling er afgørende. Ved at forudsige og eliminere krydsreaktioner allerede i designfasen var vi i stand til at reducere risici og øge sandsynligheden for at skabe en sikker og effektiv behandling," forklarer DTU-professor og medforfatter til studiet, Sine Reker Hadrup.

Behandling - efter fem år

Jenkins anslår, at det vil tage op til fem år at udføre de første kliniske forsøg på mennesker. Når metoden er implementeret, vil den ligne eksisterende metoder, der bruger genetisk modificerede T-celler, kaldet CAR-T-terapi, som bruges til behandling af lymfom og leukæmi.

Først tages der blod fra patienten, som i en normal test. Fra dette blod udvindes og modificeres immunceller i laboratoriet ved at injicere dem med AI-designede minibindere. De forbedrede immunceller returneres derefter til patienten og fungerer som guidede missiler, der præcist finder og ødelægger kræftceller i kroppen.