|
ИИ и квантовые вычисления для борьбы с раком
|
|
|
|
Исследование, проведенное совместно учеными из Университета Торонто и Insilico Medicine, продемонстрировало потенциал квантовых вычислений и искусственного интеллекта для преобразования процесса разработки лекарств.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, исследователи объединили квантовые вычисления и генеративный искусственный интеллект с классическими вычислительными методами для создания молекул, нацеленных на вызывающий рак белок под названием KRAS, который ранее считался "не поддающимся лечению".
|
|
|
|
"Это захватывающее время - работать на стыке химии, квантовых вычислений и искусственного интеллекта", - говорит руководитель проекта Алан Аспуру-Гузик, профессор химии и компьютерных наук факультета искусств и науки Университета Торонто, который является директором Консорциума акселерации, институционального стратегического подразделения Университета Торонто. инициатива.
|
|
|
|
"Это первое в своем роде исследование показывает, что искусственный интеллект с помощью квантовых компьютеров может успешно находить молекулы, которые взаимодействуют с биологическими мишенями".
|
|
|
|
|
|
|
Мутации в KRAS приводят к неконтролируемому росту клеток и присутствуют примерно в каждом четвертом случае рака у человека, но, несмотря на их распространенность и воздействие, в настоящее время существует только два одобренных FDA препарата, которые специально нацелены на мутантные KRAS. Более того, клинические данные показывают, что существующие препараты продлевают жизнь всего на несколько месяцев по сравнению с традиционной химиотерапией, что подчеркивает настоятельную необходимость совершенствования методов лечения, нацеленных на KRAS.
|
|
|
|
Чтобы обнаружить потенциальные новые лекарства против KRAS, исследователи объединили квантовый компьютер с классическими вычислительными методами для разработки новых молекул. Они оптимизировали свои модели, предварительно обучив их на специально созданном наборе данных из 1,1 миллиона молекул, включая 650, которые были экспериментально подтверждены для блокирования KRAS, и 250 000, которые были получены с помощью сверхбольшой виртуальной платформы скрининга VirtualFlow с открытым исходным кодом.
|
|
|
|
Затем исследовательская группа использовала генеративный искусственный интеллект Insilico Medicine engine Chemistry42 для анализа молекул и определения 15 наиболее перспективных кандидатов для лабораторного тестирования. Из этих 15 молекул две выделялись своей высокой способностью воздействовать на множество различных версий мутировавших KRAS в живых клетках, что подчеркивает их потенциал в качестве противораковых препаратов.
|
|
|
|
"С помощью подобных вычислительных подходов у нас есть потенциал сократить доклинический этап разработки лекарств на годы", - говорит Игорь Стагляр, один из авторов исследования и профессор биохимии и молекулярной генетики в Центре Доннелли на медицинском факультете университета Темерти.
|
|
|
|
Традиционные подходы к разработке лекарств основывались на тестировании библиотек существующих соединений, чтобы найти те, которые активны в отношении определенного белка-мишени. Но эти методы являются дорогостоящими, требуют много времени и сложны с точки зрения логистики.
|
|
|
|
"Это намного проще, когда вы можете просматривать все в облаке, потому что вам не нужно физическое пространство для хранения химических библиотек и роботы для создания больших экранов", - говорит Стагляр.
|
|
|
|
Хотя результаты исследователей демонстрируют потенциал квантовых вычислений для ускорения ранних стадий разработки лекарств, они не останавливаются на том, чтобы показать, что молекулы, обнаруженные с помощью этого подхода, более эффективны, чем молекулы, идентифицированные классическими методами.
|
|
|
|
"Несмотря на то, что мы показали, что квантовый компьютер может помочь в разработке лекарств, это не значит, что он справляется с этой задачей лучше, чем классический компьютер", - говорит Аспуру-Гузик, который также является сотрудником Института Vector. "Это принципиальное исследование, но оно не дает никаких признаков существенного квантового преимущества.
|
|
|
|
"Эта статья показывает, что квантовые компьютеры могут быть интегрированы в современные ускоренные разработки лекарств на основе искусственного интеллекта. И мы надеемся, что по мере роста мощности квантовых компьютеров наши алгоритмы будут работать все лучше и лучше".
|
|
|
|
Проектом руководили Мохаммад Гази Вакили и Джейми Снайдер из групп Аспуру-Гузика и Стагляра соответственно, а также Кристоф Горгулла, преподаватель детской исследовательской больницы Святого Иуды в Мемфисе.
|
|
|
|
Основываясь на успехе своего исследования с KRAS, исследователи теперь применяют свою гибридную квантово-классическую модель к другим белкам—мишеням, которые не поддаются лекарственному лечению, и получают многообещающие результаты. Как и KRAS, рассматриваемые белки часто имеют небольшие размеры и на их поверхности отсутствуют контуры, которые позволяют лекарствам легко связываться.
|
|
|
|
Команда также использует свою гибридную модель для оптимизации конструкции двух лучших препаратов-кандидатов в сравнении с KRAS, с целью проведения дальнейших доклинических испытаний этих соединений.
|
|
|
|
Сотрудничеству между Калифорнийским университетом и Insilico Medicine способствовал консорциум Acceleration Consortium, который объединяет научные круги, промышленность и правительство для ускорения открытия широкого спектра материалов и молекул с использованием искусственного интеллекта и автоматизации.
|
|
|
|
"Считается, что до 85% всех белков человека "не поддаются лечению", - говорит Алекс Жаворонков, один из соавторов исследования, который также является основателем и генеральным директором Insilico Medicine. "Это серьезная задача, стоящая перед разработкой новых методов лечения рака, и искусственный интеллект обладает уникальными возможностями для решения этой задачи.
|
|
|
|
"Сотрудничество между U of T и Insilico Medicine является прекрасным примером того, как экосистемы стартапов и университетов могут использовать наш коллективный опыт для продвижения к улучшению здоровья для всех".
|
|
|
|
Источник
|
