Τεχνητή νοημοσύνη: Επιταχύνει τον σχεδιασμό φαρμάκων για το Πάρκινσον

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης για να επιταχύνουν μαζικά την αναζήτηση θεραπειών για τη νόσο του Πάρκινσον.

Οι ερευνητές, από το Πανεπιστήμιο του Cambridge, σχεδίασαν και χρησιμοποίησαν μια στρατηγική βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη για να εντοπίσουν ενώσεις που εμποδίζουν τη συσσώρευση της άλφα-συνουκλεΐνης, της πρωτεΐνης που χαρακτηρίζει τη νόσο του Πάρκινσον.

Η ομάδα χρησιμοποίησε τεχνικές μηχανικής μάθησης για να εξετάσει γρήγορα μια χημική βιβλιοθήκη που περιέχει εκατομμύρια καταχωρήσεις και εντόπισε πέντε εξαιρετικά ισχυρές ενώσεις για περαιτέρω έρευνα.

Η νόσος του Πάρκινσον επηρεάζει περισσότερους από έξι εκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, με αυτόν τον αριθμό να αναμένεται να τριπλασιαστεί έως το 2040.

Δεν υπάρχουν, επί του παρόντος, διαθέσιμες θεραπείες για την τροποποίηση της νόσου. Η διαδικασία διαλογής μεγάλων χημικών βιβλιοθηκών για υποψήφια φάρμακα – η οποία πρέπει να συμβεί πολύ πριν δοκιμαστούν πιθανές θεραπείες σε ασθενείς – είναι εξαιρετικά χρονοβόρα, δαπανηρή και συχνά ανεπιτυχής.

Χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση, οι ερευνητές μπόρεσαν να επιταχύνουν την αρχική διαδικασία ελέγχου κατά δέκα φορές και να μειώσουν το κόστος κατά χιλιάδες φορές, πράγμα που θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι πιθανές θεραπείες για τη νόσο του Πάρκινσον προσεγγίζουν τους ασθενείς πολύ πιο γρήγορα. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό Nature Chemical Biology.

Η νόσος του Πάρκινσον είναι η ταχύτερα αναπτυσσόμενη νευρολογική πάθηση παγκοσμίως. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, ένας στους 37 ανθρώπους που ζουν σήμερα θα διαγνωστεί με Πάρκινσον στη διάρκεια της ζωής του.

Εκτός από τα κινητικά συμπτώματα, η νόσος του Πάρκινσον μπορεί επίσης να επηρεάσει το γαστρεντερικό σύστημα, το νευρικό σύστημα, τις συνήθειες ύπνου, τη διάθεση και τη γνωστική λειτουργία και μπορεί να συμβάλει σε μειωμένη ποιότητα ζωής και σημαντική αναπηρία.

Οι πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για σημαντικές κυτταρικές διεργασίες, αλλά όταν οι άνθρωποι πάσχουν από Πάρκινσον, αυτές οι πρωτεΐνες «παραβιάζουν» και προκαλούν τον θάνατο των νευρικών κυττάρων. Όταν οι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται λανθασμένα, μπορούν να σχηματίσουν ανώμαλα σμήνη που ονομάζονται σώματα Lewy, τα οποία συσσωρεύονται μέσα στα εγκεφαλικά κύτταρα εμποδίζοντάς τα να λειτουργούν σωστά.

«Оџ ОґПЃПЊОјОїП‚ ОіО№О± П„О·ОЅ О±ОЅО±О¶О®П„О·ПѓО· ПЂО№ОёО±ОЅПЋОЅ ОёОµПЃО±ПЂОµО№ПЋОЅ ОіО№О± П„О· ОЅПЊПѓОї П„ОїП… О О¬ПЃОєО№ОЅПѓОїОЅ О±ПЂО±О№П„ОµОЇ П„ОїОЅ ОµОЅП„ОїПЂО№ПѓОјПЊ ОјО№ОєПЃПЋОЅ ОјОїПЃОЇП‰ОЅ ПЂОїП… ОјПЂОїПЃОїПЌОЅ ОЅО± О±ОЅО±ПѓП„ОµОЇО»ОїП…ОЅ П„О· ПѓП…ПѓПѓПЋПЃОµП…ПѓО· П„О·П‚ О¬О»П†О±-ПѓП…ОЅОїП…ОєО»ОµОђОЅО·П‚, О· ОїПЂОїОЇО± ОµОЇОЅО±О№ ОјО№О± ПЂПЃП‰П„ОµОђОЅО· ПЂОїП… ПѓП…ОЅОґО­ОµП„О±О№ ПѓП„ОµОЅО¬ ОјОµ П„О· ОЅПЊПѓОїВ», ОґО®О»П‰ПѓОµ Ої ОєО±ОёО·ОіО·П„О®П‚ Michele Vendruscolo О±ПЂПЊ П„Ої О¤ОјО®ОјО± О§О·ОјОµОЇО±П‚ Yusuf Hamied, ПЂОїП… О·ОіО®ОёО·ОєОµ П„О·П‚ О­ПЃОµП…ОЅО±П‚. В«О‘О»О»О¬ О±П…П„О® ОµОЇОЅО±О№ ОјО№О± ОµОѕО±О№ПЃОµП„О№ОєО¬ П‡ПЃОїОЅОїОІПЊПЃО± ОґО№О±ОґО№ОєО±ПѓОЇО± – Ої ОµОЅП„ОїПЂО№ПѓОјПЊП‚ ОµОЅПЊП‚ ОєПЌПЃО№ОїП… П…ПЂОїП€О·П†ОЇОїП… ОјОїПЃОЇОїП… ОіО№О± ПЂОµПЃО±О№П„О­ПЃП‰ ОґОїОєО№ОјО­П‚ ОјПЂОїПЃОµОЇ ОЅО± ОґО№О±ПЃОєО­ПѓОµО№ ОјО®ОЅОµП‚ О® ОєО±О№ П‡ПЃПЊОЅО№О±В».

Ενώ επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη κλινικές δοκιμές για τη νόσο του Πάρκινσον, κανένα φάρμακο τροποποίησης της νόσου δεν έχει εγκριθεί, γεγονός που αντικατοπτρίζει την αδυναμία άμεσης στόχευσης των μοριακών ειδών που προκαλούν την ασθένεια.

Αυτό ήταν ένα σημαντικό εμπόδιο στην έρευνα του Πάρκινσον, λόγω της έλλειψης μεθόδων για τον εντοπισμό των σωστών μοριακών στόχων και την εμπλοκή με αυτούς. Αυτό το τεχνολογικό κενό έχει εμποδίσει σοβαρά την ανάπτυξη αποτελεσματικών θεραπειών.

Η ομάδα του Cambridge ανέπτυξε μια μέθοδο μηχανικής μάθησης στην οποία χημικές βιβλιοθήκες που περιέχουν εκατομμύρια ενώσεις ελέγχονται για να εντοπιστούν μικρά μόρια που συνδέονται με τα συσσωματώματα αμυλοειδούς και εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό τους.

Στη συνέχεια, ένας μικρός αριθμός ενώσεων κορυφαίας κατάταξης δοκιμάστηκε πειραματικά για να επιλεγούν οι πιο ισχυροί αναστολείς της συσσωμάτωσης.

Οι πληροφορίες που προέκυψαν από αυτές τις πειραματικές αναλύσεις επανατροφοδοτήθηκαν στο μοντέλο μηχανικής μάθησης με επαναληπτικό τρόπο, έτσι ώστε μετά από λίγες επαναλήψεις, εντοπίστηκαν πολύ ισχυρές ενώσεις.

«О‘ОЅП„ОЇ ОЅО± ОєО¬ОЅОїП…ОјОµ ПЂОµО№ПЃО±ОјО±П„О№ОєО­П‚ ОµОѕОµП„О¬ПѓОµО№П‚, ОєО¬ОЅОїП…ОјОµ П…ПЂОїО»ОїОіО№ПѓП„О№ОєО­П‚ ОµОѕОµП„О¬ПѓОµО№П‚В», П…ПЂОїПѓП„О®ПЃО№ОѕОµ Ої Dr. Vendruscolo. В«О§ПЃО·ПѓО№ОјОїПЂОїО№ПЋОЅП„О±П‚ П„О· ОіОЅПЋПѓО· ПЂОїП… О±ПЂОїОєП„О®ПѓО±ОјОµ О±ПЂПЊ П„О·ОЅ О±ПЃП‡О№ОєО® ОґО№О±О»ОїОіО® ОјОµ П„Ої ОјОїОЅП„О­О»Ої ОјО·П‡О±ОЅО№ОєО®П‚ ОјО¬ОёО·ПѓО·П‚, ОјПЂОїПЃО­ПѓО±ОјОµ ОЅО± ОµОєПЂО±О№ОґОµПЌПѓОїП…ОјОµ П„Ої ОјОїОЅП„О­О»Ої ПЋПѓП„Оµ ОЅО± О±ОЅО±ОіОЅП‰ПЃОЇО¶ОµО№ П„О№П‚ ПѓП…ОіОєОµОєПЃО№ОјО­ОЅОµП‚ ПЂОµПЃО№ОїП‡О­П‚ ПѓОµ О±П…П„О¬ П„О± ОјО№ОєПЃО¬ ОјПЊПЃО№О± ПЂОїП… ОµОЇОЅО±О№ П…ПЂОµПЌОёП…ОЅО± ОіО№О± П„О· ОґО­ПѓОјОµП…ПѓО·, ОєО±О№ ОјОµП„О¬ ОјПЂОїПЃОїПЌОјОµ ОЅО± ОµПЂО±ОЅОµОѕОµП„О¬ПѓОїП…ОјОµ ОєО±О№ ОЅО± ОІПЃОїПЌОјОµ ПЂО№Ої О№ПѓП‡П…ПЃО¬ ОјПЊПЃО№О±В».

Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, η ομάδα του Cambridge ανέπτυξε ενώσεις για τη στόχευση θυλάκων στις επιφάνειες των αδρανών, οι οποίες είναι υπεύθυνες για τον εκθετικό πολλαπλασιασμό των ίδιων των αδρανών. Αυτές οι ενώσεις είναι εκατοντάδες φορές πιο ισχυρές και πολύ φθηνότερες στην ανάπτυξη, από αυτές που αναφέρθηκαν προηγουμένως.

«О— ОјО·П‡О±ОЅО№ОєО® ОјО¬ОёО·ПѓО· О­П‡ОµО№ ПЂПЃО±ОіОјО±П„О№ОєПЊ О±ОЅП„ОЇОєП„П…ПЂОї ПѓП„О· ОґО№О±ОґО№ОєО±ПѓОЇО± О±ОЅО±ОєО¬О»П…П€О·П‚ П†О±ПЃОјО¬ОєП‰ОЅ. О•ПЂО№П„О±П‡ПЌОЅОµО№ П„О·ОЅ ПЊО»О· ОґО№О±ОґО№ОєО±ПѓОЇО± ОµОЅП„ОїПЂО№ПѓОјОїПЌ П„П‰ОЅ ПЂО№Ої П…ПЂОїПѓП‡ПЊОјОµОЅП‰ОЅ П…ПЂОїП€О·П†ОЇП‰ОЅВ», ОґО®О»П‰ПѓОµ Ої Dr. Vendruscolo. В«О“О№О± ОµОјО¬П‚ О±П…П„ПЊ ПѓО·ОјО±ОЇОЅОµО№ ПЊП„О№ ОјПЂОїПЃОїПЌОјОµ ОЅО± О±ПЃП‡ОЇПѓОїП…ОјОµ ОЅО± ОµПЃОіО±О¶ПЊОјО±ПѓП„Оµ ПѓОµ ПЂОїО»О»О±ПЂО»О¬ ПЂПЃОїОіПЃО¬ОјОјО±П„О± О±ОЅО±ОєО¬О»П…П€О·П‚ П†О±ПЃОјО¬ОєП‰ОЅ О±ОЅП„ОЇ ОіО№О± О­ОЅО±В».