Inteligența Artificială deschide calea către tratarea bolilor considerate incurabile

În fiecare an, aproximativ 1,1 milioane de oameni mor din cauza infecțiilor care până de curând erau ușor de tratat. Cercetătorii preconizează că numărul deceselor va crește dacă nu se iau măsuri urgente. Astfel ei au început să folosească Inteligența Artificială ca să inventeze noi medicamente împotriva unor boli, considerate până acum incurabile, cum ar fi boala Parkinson, și împotriva super-bacteriilor rezistente la antibiotice, fenomen pe care mulți oameni de știință nu l-ar fi crezut posibil cu câțiva ani în urmă.

Inteligența Artificială și descoperirea de noi tratamente

De aproximativ jumătate de secol, omenirea pierde încet, încet lupta împotriva bacteriilor. Cele mai puternice arme pe care le avem în această luptă, antibioticele, sunt din ce în ce mai ineficiente pe măsură ce rezistența la medicamente se răspândește. Dezvoltarea de noi antibiotice este un proces lent și costisitor. Între 2017 și 2022, doar 12 antibiotice noi au fost aprobate pentru utilizare, majoritatea fiind similare cu tipurile de medicamente existente la care bacteriile dezvoltă deja rezistență. Domeniul a fost neglijat în mod cronic din cauza lipsei de interes din partea companiilor farmaceutice și a finanțării insuficiente, notează BBC.

James Collins, profesor de inginerie medicală și știință la Institutul de Tehnologie din Massachusetts,  SUA, spune că, cu ajutorul IA în câteva zile sau ore se pot analiza biblioteci uriașe de compuși chimici pentru a identifica pe cei care prezintă activitate antibacteriană. Potrivit BBC, echipa condusă de Collins a descoperit, cu ajutorul Inteligenței Artificiale doi compuși noi care s-ar putea dovedi arme vitale împotriva infecțiilor extrem de rezistente la medicamente, precum gonoreea și MRSA (Staphylococcus aureus multirezistent este o tulpină unică de Staphylococcus aureus rezistentă la aproape toate antibioticele, inclusiv la meticilină și alte peniciline rezistente la β-lactamază. Descoperit pentru prima dată în Marea Britanie în 1961, MRSA este acum răspândit și este cunoscut sub numele de „superbacterie”.)

Collins și echipa sa au antrenat un model generativ de Inteligență Artificială pentru a recunoaște structurile chimice ale antibioticelor cunoscute. Acest lucru a permis algoritmului să învețe ce este necesar pentru a ucide bacteriile. Cercetătorii au folosit apoi IA pentru a analiza peste 45 de milioane de structuri chimice diferite în ceea ce privește capacitatea lor de a viza Neisseria gonorrhoeae, bacteria care provoacă gonoreea, și Staphylococcus aureus, o sursă importantă de infecții sub formă de MRSA.

Speranțe într-o nouă clasă de medicamente

Collins și colegii săi au proiectat în acest fel 36 de milioane de compuși cu potențial de combatere a bacteriilor. Echipa a selectat 24 dintre aceștia pentru a fi sintetizați în laborator. Șapte dintre ei s-au dovedit a avea o anumită activitate anti-microbiană, iar doi au fost extrem de eficienți în uciderea tulpinilor ambelor bacterii rezistente la alte tipuri de antibiotice.

Este important de menționat că compușii par să vizeze bacteriile în moduri diferite față de antibioticele existente, ceea ce dă speranțe că ar putea forma o nouă clasă de medicamente capabile să depășească apărarea bacteriilor rezistente la medicamente. Cei doi candidați sunt în prezent supuși unor teste suplimentare.

Cercetătorii folosiseră și anterior Inteligența Artificială pentru a descoperi alți compuși antibiotici noi și puternici care ucid o gamă largă de bacterii rezistente la tratament, inclusiv Clostridium difficile, o infecție intestinală comună, și Mycobacterium tuberculosis, care provoacă tuberculoză.

Cercetări în stoparea progresiei bolii Parkinson

Boala Parkinson a fost identificată pentru prima dată în 1817, dar, după mai bine de două secole, încă nu există un tratament care să încetinească progresia bolii. La nivel mondial, există peste 10 milioane de pacienți cu Parkinson, iar rata de îmbolnăvire este în creștere în țările cu populație îmbătrânită. Aproximativ una din 37 de persoane din Marea Britanie va fi diagnosticată cu această boală la un moment dat în viață. În SUA, până la un milion de persoane trăiesc în prezent cu această boală, notează BBC.

„Eforturile îndelungate de tratare a bolii Parkinson sunt presărate cu eșecuri. O parte a problemei este că încă nu știm ce cauzează boala”.

„Există dezbateri nesfârșite despre originea acestei afecțiuni”, spune Michele Vendruscolo, profesor de biofizică și codirector al Centrului pentru Boli de Misfolding de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie. „Dacă participați la o conferință despre Parkinson, veți auzi zeci de ipoteze diferite, toate fiind investigate în mod activ.”

Deși au existat numeroase studii clinice care au investigat diferite ipoteze, până în prezent însă, acestea nu au avut succes. Dar în 2024, Vendruscolo și colegii săi au publicat un studiu în care au utilizat învățarea automată – o formă de inteligență artificială – pentru a căuta potențiali candidați pentru medicamente capabili să vizeze aglomerările de proteine denaturate din creier care apar la pacienții cu Parkinson. Se consideră că agregatele de proteine, cunoscute sub numele de corpuri Lewy, joacă un rol în stadiile inițiale ale neuro-degenerării la pacienții cu Parkinson, ducând în cele din urmă la simptome precum tremur, mișcări lente și rigiditate musculară.

Echipa lui Vendruscolo se concentrează pe stoparea progresiei bolii în sine. Ei au început cu un set de compuși care fuseseră deja identificați ca fiind potențial eficienți în tratamentul corpurilor Lewy. I-au introdus  într-un program de învățare automată, care a extrapolat din structurile lor chimice pentru a propune noi compuși care ar putea fi, de asemenea, eficienți.

Inteligența Artificială – eficiență și rapiditate

Folosind metodele tradiționale, cercetătorii puteau analiza aproximativ un milion de molecule în șase luni, la un cost de câteva milioane de lire sterline. Acum, cu ajutorul IA acest lucru se poate realiza în câteva zile, dar cu examinarea a miliarde de molecule la un cost de doar câteva mii de lire sterline.

Compușii identificați de AI sunt mult mai inovatori decât cei care ar fi fost descoperiți folosind metode mai tradiționale de dezvoltare a medicamentelor, spune Vendruscolo. Acum sunt supuși unor teste suplimentare pentru a evalua dacă ar putea fi oferiți într-o zi ca tratament terapeutic pacienților cu Parkinson.

„Dacă putem stabiliza proteinele în această formă prin legarea de ele, am prevenit boala Parkinson – ceea ce este mai bine decât să o vindecăm.”

Vendruscolo speră că într-o zi, IA va putea ajuta la stoparea bolii Parkinson înainte ca aceasta să apară. În prezent, el utilizează această tehnologie pentru a găsi molecule mici care se leagă de proteinele individuale care formează corpurile Lewy în timp ce acestea se află încă în starea lor normală.

Noi utilizări a medicamentelor deja existente

Tratarea bolilor nu înseamnă întotdeauna medicamente noi – declară David Fajgenbaum, profesor asociat la Facultatea de Medicină a Universității din Pennsylvania, SUA. El a reușit să-și salveze propria viață cu un medicament existent pe care medicii nu i l-ar fi prescris niciodată. La vârsta de 25 de ani, în timp ce era încă student la medicină, Fajgenbaum a fost diagnosticat cu un subtip rar al unei boli numite boala Castleman, care a declanșat o reacție a sistemului imunitar în urma căreia ficatul, rinichii și măduva osoasă nu mai funcționau corect. El nu a răspuns la niciunul dintre tratamentele disponibile, iar medicii i-au spus că nu mai au nicio soluție, notează BBC.

După săptămâni de teste pe propriul sânge, cercetând literatura medicală și tratându-se pe sine ca pe un cobai uman, a dat în cele din urmă peste un potențial remediu: un medicament modest numit sirolimus. Acesta este administrat de obicei în cazul transplantului  de rinichi pentru a preveni respingerea noului organ. Uimindu-și medicii, el a folosit medicamentul pentru a învinge boala Castleman. Acum se află în remisie de mai bine de un deceniu.

Experiența sa i-a deschis ochii asupra potențialului existent în miile de medicamente care au trecut deja prin testele de siguranță extensive necesare pentru a ajunge pe piață. Prin reorientarea acestor medicamente către tratarea altor afecțiuni, pacienții beneficiază de tratamente pe care altfel nu le-ar fi avut.

IA și găsirea de noi tratamente pentru boli rare

În 2022, David Fajgenbaum a înființat o organizație non-profit numită Every Cure, care utilizează învățarea automată pentru a compara mii de medicamente cu mii de boli. Cele mai promițătoare sunt testate în laboratoare sau trimise medicilor care sunt dispuși să experimenteze.

Dar, deși Faigenbaum este cel mai proeminent om de știință care a utilizat Inteligența Artificială în acest mod, alții fac deja progrese importante. La Harvard Medical School, un model de Inteligență Artificială a identificat aproape 8.000 de medicamente aprobate care ar putea fi reutilizate pentru tratarea a 17.000 de boli diferite. IA se dovedește a fi deosebit de utilă în găsirea de tratamente pentru boli rare, care sunt adesea neglijate de companiile farmaceutice, din cauza lipsei de stimulente financiare oferite de numărul redus de pacienți potențiali.

Reutilizarea medicamentelor existente oferă o altă oportunitate. În ultimii ani, Inteligența Artificială a identificat potențialul de reutilizare a tratamentelor existente pentru afecțiuni precum sindromul Pitt-Hopkins, o afecțiune cromozomială rară, sarcoidoza, o boală inflamatorie rară, și tumora Wilms, un tip rar de cancer renal care afectează copiii mici.

Speranțe și limitări

Cercetătorii de la Universitatea McGill din Montreal, Quebec, Canada, au utilizat recent IA pentru a reutiliza medicamente pentru fibroza pulmonară idiopatică (IPF), o boală pulmonară rară și progresivă caracterizată prin cicatrizarea și îngroșarea țesutului pulmonar. Abordarea lor a implicat modelarea progresiei bolii cu ajutorul unui model de Inteligență Artificială.

„Convingerea mea este că, în următorii cinci până la zece ani, majoritatea dezvoltării de noi medicamente ar putea fi ghidată de IA” – declară Jun Ding, profesor asistent în cadrul departamentului de medicină al Universității McGill.

„Cele mai complexe boli sunt determinate de modificări anormale ale stării celulelor”, afirmă cercetătorul. „Dacă putem descoperi cum a trecut celula de la starea sănătoasă la cea anormală, poate că putem inversa acest proces sau îl putem încetini.”

Dar, în ciuda progreselor realizate cu ajutorul Inteligenței Artificiale, există și limite. Multe dintre seturile de date privind medicamentele sunt deținute de companii biotehnologice și farmaceutice, ceea ce înseamnă că nu sunt disponibile publicului.