2024. 10. 21. - 08:30
Személyre szabott rákvakcina készülhet mesterséges intelligenciával
Mesterséges intelligencia is beszáll a személyre szabott rákvakcinák megalkotásába. A Ludwig Cancer Research tudósai számítási folyamatukhoz mesterséges intelligencia algoritmusokat használtak fel.
Személyre szabott rákvakcinák a láthatáron – mesterséges intelligencia segítségével.
A német Ludwig Cancer Research tudósai egy teljes, elejétől a végéig számítási folyamatot fejlesztettek ki, amely integrálja a daganatok és a T-sejtek specifikus molekuláris célpontjainak több molekuláris és genetikai elemzését, mesterséges intelligencia algoritmusokat felhasználva, hogy az eredményeket személyre szabott rákvakcinák tervezésére alkalmazzák a betegek számára.
A NeoDisc számítási csomag tervezését, validálását és összehasonlító értékelését a Nature Biotechnology folyóiratban részletezte Florian Huber és Michal Bassani-Sternberg, a Ludwig Rákkutató Intézet Lausanne-i részlegének munkatársa.
Mesterséges intelligencia-algoritmusok a rákvakcina-tervezésben
„A NeoDisc egyedülálló betekintést nyújt a daganatok immunbiológiájába és azon mechanizmusokba, amelyek révén az immunrendszer citotoxikus T-sejtjei általi célzást elkerülik” – magyarázta Bassani-Sternberg.
Hozzátette, hogy ezek a betekintések felbecsülhetetlen értékűek a személyre szabott immunterápiák tervezése során. A NeoDisc középpontjában álló analitikai és számítási folyamatot Lausanne-ban már használják a személyre szabott rákvakcinák és adoptív sejtterápiák klinikai vizsgálataihoz.
Számos ráktípus több véletlenszerű mutációt tartalmaz, amelyek láthatóbbá teszik őket az immunrendszer számára. Az ilyen mutációk rendellenes fehérjéket hoznak létre, amelyeket a sejtek – még a rákosak is – arra programoznak, hogy rövid darabokra vágják őket (ezek a peptidek), és antigénként „mutatják be”, hogy úgymond járőrözve támadják meg a T-sejteket.
Ezeknek a „neoantigéneknek" a rendkívüli sokfélesége az egyik oka annak, hogy a betegek változóan reagálnak az immunterápiákra.
Másrészt a neoantigének felhasználhatók vakcinák és más típusú immunterápiák kifejlesztésére, amelyek egyedileg célozzák meg az egyes páciesnek daganatait. Az ilyen jellegű, személyre szabott kezeléseket jelenleg kutatók fejlesztik szerte a világon. Olvasd el: Megdöbbentő - A daganat egyes sejtjeiből szerez információt a mesterséges intelligencia
Személyre szabott rákvakcina készülhet mesterséges intelligenciával
Az efféle erőfeszítések technikailag komoly kihívást jelentenek, mivel nem minden neoantigént ismernek fel egy adott páciens T-sejtjei és még számos felismert sem képes kiváltani kellően erős T-sejt-támadást.
A személyre szabott vakcinák és sejtterápiák tervezésének egyik megközelítése tehát magában foglalja azoknak a neoantigéneknek az azonosítását, amelyek nagy valószínűséggel erőteljes T-sejt-támadást váltanak ki.
Ehhez kifinomult, nagy léptékű elemzésre van szükség a potenciális neoantigéneket generáló mutációkról, a molekuláris vázszerkezetről (HLA-molekulákról), amelyek bemutatják azokat a T-sejteknek, valamint azokat a molekuláris jellemzőket, amelyek lehetővé teszik a T-sejt-receptorok általi felismerést.
Bassani-Sternberg egyike a terület úttörőinek, a nagyszabású biokémiai és számítógépes elemzés csúcstechnológiás ötvözésének, amelyet „immunpeptidomikaként” ismernek.
Eddig a hatékony technológiákat nem integrálták a számítási folyamatba
A személyre szabott immunterápiák tervezését segíti a páciens egészséges genomját reprezentáló daganatok és vérsejtek genomiális analízise, a génexpresszió „transzkriptomikaként” ismert nagyszabású elemzése, valamint az immunpeptidom, ún. tömegspektrometriával.
Mostanáig azonban ezeket a hatékony technológiákat soha nem integrálták egyetlen számítási folyamatba annak előrejelzésére, hogy a páciens daganataiban azonosított neoantigéneket milyen vakcinaként kell alkalmazni, vagy más módon hasznosítani személyre szabott immunterápiákhoz.
Ezen túlmenően a neoantigének nem az egyetlen antigén-típusok, amely elérhető az immunterápiás célzáshoz. A rákos sejtek tévesen fehérjeként fejezik ki az általában nem kódoló DNS darabjait, a normálisan csak a fejlődés során expresszálódó géneket, a vírus által kiváltott daganatok esetén más rendellenesen expresszálódó géntermékeket és vírusantigéneket – amelyek mindegyike immunrohamot válthat ki.
„A NeoDisc a tumorspecifikus antigének mindegyikét képes kimutatni a neoantigénekkel együtt, gépi tanulást és szabályalapú algoritmusokat alkalmazva, rangsorolva azokat, amelyek a legnagyobb valószínűséggel váltanak ki T-sejtes választ, majd ezeket az információkat felhasználva személyre szabott rákvakcinát terveznek az érintett betegeknek” – mondta el Huber.
A mesterséges intelligenciával készült NeoDisc emellett rangsorolja az általa észlelt potenciális antigéneket, és megjeleníti a rákos sejtek daganatokon belüli heterogenitását.
„A NeoDisc az antigénbemutatás gépezetének potenciális hibáit is képes észlelni, figyelmeztetve a vakcinatervezőket és a klinikusokat a daganatok immunelkerülésének kulcsfontosságú mechanizmusára, amely veszélyeztetheti az immunterápia hatékonyságát - mondta Bassani-Sternberg. - Ez segíthet abban, hogy olyan pácienseket válasszanak ki a klinikai vizsgálatokhoz, akik valószínűleg részesülnek a személyre szabott immunterápia előnyeiből, amely képesség a betegellátás optimalizálása szempontjából is nagy jelentőséggel bír.”
A kutatók tanulmányukban kimutatták azt is: a NeoDisc pontosabban választja ki a hatékony rákantigéneket vakcinákhoz és adoptív sejtterápiákhoz, mint a jelenleg erre a célra használt egyéb számítási eszközök.
A NeoDisc pontosságának további javítása érdekében a kutatók továbbra is táplálják a különféle daganatokból származó adatokat, s további gépi tanulási algoritmusokat integrálnak a szoftvercsomagba, hogy a képzés előmozdítása, valamint a prediktív pontosság javítása érdekében.
B.A.
