Rozwój sztucznej inteligencji coraz częściej wpływa na sposób prowadzenia badań biomedycznych i projektowania terapii. Najnowszy przykład pokazuje, że narzędzia AI mogą wspierać także medycynę spersonalizowaną w bardzo nietypowych sytuacjach. Australijski przedsiębiorca technologiczny wykorzystał ChatGPT, analizę danych genomowych oraz technologie biologii molekularnej, aby opracować eksperymentalną szczepionkę przeciwnowotworową dla swojego psa.
Historia ośmioletniej suczki Rosie pokazuje, jak połączenie analizy genomowej, algorytmów sztucznej inteligencji i technologii mRNA może przyspieszyć proces projektowania terapii celowanych – nawet poza klasycznym systemem badań klinicznych.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak ChatGPT oraz narzędzia sztucznej inteligencji pomogły zaprojektować spersonalizowaną terapię przeciwnowotworową dla psa z agresywnym rakiem komórek tucznych.
- W jaki sposób sekwencjonowanie genomu guza i analiza danych genetycznych pozwoliły zidentyfikować mutacje odpowiedzialne za rozwój nowotworu.
- Na czym polega spersonalizowana szczepionka mRNA opracowana na podstawie danych genomicznych i jak ma ona stymulować układ odpornościowy do walki z rakiem.
- Dlaczego połączenie AI, bioinformatyki i technologii mRNA może przyspieszyć rozwój medycyny spersonalizowanej i nowych terapii onkologicznych.
Diagnoza agresywnego raka mastocytów
Rosie, mieszanka staffordshire bull terriera i shar pei, została adoptowana w 2019 roku ze schroniska przez australijskiego przedsiębiorcę technologicznego Paula Conynghama z Sydney. Kilka lat później, w 2024 roku, u psa zdiagnozowano agresywnego raka komórek tucznych (mastocytoma) – jeden z najczęściej występujących nowotworów skóry u psów. Choroba charakteryzuje się dużą zmiennością biologiczną, a w wielu przypadkach przebiega agresywnie i prowadzi do szybkiego rozwoju przerzutów.
W przypadku Rosie pojawiły się duże guzy, w tym jeden o wielkości piłki tenisowej na stawie skokowym. Właściciel zdecydował się na leczenie konwencjonalne obejmujące chirurgię i chemioterapię. Terapie te pozwoliły spowolnić rozwój choroby, jednak nie doprowadziły do zmniejszenia guzów.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji do poszukiwania terapii
Paul Conyngham posiada ponad 17 lat doświadczenia w dziedzinie uczenia maszynowego i analizy danych. Jest współzałożycielem firmy Core Intelligence Technologies oraz dyrektorem Data Science and AI Association of Australia. Po niepowodzeniu standardowych metod leczenia zdecydował się wykorzystać narzędzia sztucznej inteligencji do poszukiwania nowych możliwości terapeutycznych. W tym celu:
- wykorzystał ChatGPT do analizy potencjalnych strategii leczenia,
- zastosował narzędzia bioinformatyczne, w tym AlphaFold, do analizy struktur białek związanych z nowotworem,
- przeanalizował gigabajty danych genetycznych guza Rosie.
Kluczowym krokiem było wykonanie sekwencjonowania genomu nowotworu, które pozwoliło zidentyfikować mutacje odpowiedzialne za rozwój choroby.
Sekwencjonowanie DNA guza
Centrum Genomiki im. Ramaciottiego na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii (UNSW) przeprowadziło pełne sekwencjonowanie genomu guza Rosie. Proces polegał na porównaniu:
- DNA z komórek guza
- DNA z krwi psa (materiału zdrowego)
Takie podejście pozwala dokładnie wskazać mutacje nowotworowe. Conyngham obrazowo opisał ten proces w następujący sposób:
Pobraliśmy jej guz, zsekwencjonowaliśmy DNA, przekształciliśmy je z tkanki w dane, a następnie wykorzystaliśmy je do znalezienia problemu w jej DNA, a następnie opracowaliśmy na jego podstawie lek.
Porównanie genomów można porównać do analizy dwóch silników samochodowych – jednego nowego i drugiego zużytego. Dzięki temu można zidentyfikować dokładne miejsca uszkodzeń.
Poszukiwanie spersonalizowanej terapii przeciwnowotworowej
Po zidentyfikowaniu mutacji Conyngham wykorzystał algorytmy analityczne do identyfikacji potencjalnych terapii celowanych. Początkowo zidentyfikowano lek immunoterapeutyczny produkowany przez jedną z firm farmaceutycznych, jednak producent odmówił jego udostępnienia w ramach programu tzw. leczenia pozarejestracyjnego.
To doprowadziło do rozważenia innego rozwiązania – spersonalizowanej szczepionki przeciwnowotworowej opartej na technologii mRNA.
Projektowanie szczepionki mRNA
Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii rozpoczęli współpracę z zespołem kierowanym przez profesora Palla Thordarsona, dyrektora Instytutu RNA UNSW i eksperta w dziedzinie nanomedycyny. Na podstawie danych genomowych guza Rosie opracowano spersonalizowany projekt szczepionki mRNA.
Sekwencję mutacji nowotworowych skondensowano do półstronicowego modelu matematycznego, który posłużył jako podstawa do stworzenia szczepionki. Mechanizm działania terapii polegał na:
- prezentowaniu układowi odpornościowemu specyficznych antygenów guza,
- pobudzeniu odpowiedzi immunologicznej przeciwko komórkom nowotworowym.
Eksperci podkreślili, że jest to pierwszy znany przypadek opracowania spersonalizowanej szczepionki przeciwnowotworowej dla psa.
Wyniki eksperymentalnej terapii
Szczepionkę podano Rosie w grudniu. Już w ciągu kilku tygodni odnotowano znaczącą poprawę stanu zdrowia psa. Według relacji właściciela:
- guz zmniejszył się o około 50%,
- poziom energii psa znacząco wzrósł,
- poprawiła się ogólna kondycja zwierzęcia.
Conyngham opisał jeden z momentów po terapii:
W grudniu miała niski poziom energii, ponieważ guzy stanowiły dla niej ogromne obciążenie. Sześć tygodni po leczeniu byłam w parku dla psów, kiedy zauważyła królika i przeskoczyła płot, żeby go gonić. Nie łudzę się, że to lekarstwo, ale wierzę, że dzięki temu leczeniu Rosie zyskała znacznie więcej czasu i lepszą jakość życia.
Bariery regulacyjne i wyzwania etyczne
Projekt wymagał uzyskania zgody komisji etycznej na zastosowanie terapii eksperymentalnej. Proces ten trwał około trzech miesięcy, co pokazuje, jak złożone są regulacje dotyczące nowych terapii biologicznych – nawet w przypadku leczenia weterynaryjnego.
Dodatkowym wyzwaniem było znalezienie weterynarza posiadającego uprawnienia do podania eksperymentalnego leku.
Znaczenie odkrycia dla medycyny spersonalizowanej
Przypadek Rosie pokazuje potencjał połączenia kilku kluczowych technologii współczesnej medycyny:
- sekwencjonowania genomowego,
- sztucznej inteligencji,
- bioinformatyki,
- technologii mRNA.
Takie podejście wpisuje się w rozwijający się nurt medycyny precyzyjnej, w której leczenie jest projektowane indywidualnie na podstawie mutacji genetycznych konkretnego guza. Eksperci podkreślają, że podobne strategie mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie także w onkologii człowieka.
AI jako narzędzie przyszłości w onkologii
Coraz więcej badań wskazuje, że sztuczna inteligencja może znacząco przyspieszyć proces odkrywania nowych leków oraz projektowania terapii celowanych. Algorytmy AI mogą:
- analizować ogromne zbiory danych genomicznych,
- identyfikować mutacje nowotworowe,
- przewidywać struktury białek,
- wskazywać potencjalne cele terapeutyczne.
Przypadek Rosie pokazuje, że technologie te mogą być wykorzystywane także poza klasycznym systemem badań klinicznych, choć wymagają odpowiednich regulacji oraz nadzoru naukowego.
Główne wnioski
- Australijski przedsiębiorca Paul Conyngham wykorzystał ChatGPT i analizę danych genomowych, aby zaprojektować eksperymentalną szczepionkę mRNA dla swojego psa z rakiem mastocytów.
- Sekwencjonowanie DNA guza przeprowadzone na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii pozwoliło zidentyfikować mutacje nowotworowe i opracować spersonalizowany model terapii.
- Eksperymentalna szczepionka mRNA została opracowana przez zespół naukowców z Instytutu RNA UNSW na podstawie danych genomicznych guza.
- Po podaniu terapii guz u psa zmniejszył się o około 50%, co pokazuje potencjał wykorzystania sztucznej inteligencji i medycyny precyzyjnej w leczeniu nowotworów.
Źródło
- opracowanie własne, The Australian, Interesting Engineering, NDTV
