Các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU) và Viện Nghiên cứu Scripps của Mỹ đã phát triển thành công một hệ thống AI đột phá có thể thiết kế các thành phần protein để “vũ trang” cho tế bào miễn dịch của bệnh nhân chống lại ung thư. Phương pháp mới này có thể rút ngắn thời gian phát triển từ nhiều năm xuống chỉ còn vài tuần, được công bố trên tạp chí khoa học Science.
Phương pháp này lần đầu tiên chứng minh khả năng thiết kế protein trên máy tính để chuyển hướng tế bào miễn dịch nhắm mục tiêu tế bào ung thư thông qua các phân tử pMHC. “Chúng tôi về cơ bản đang tạo ra một bộ mắt mới cho hệ thống miễn dịch,” Timothy P. Jenkins, Phó giáo sư tại DTU và tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Nền tảng AI này nhằm giải quyết một thách thức lớn trong liệu pháp miễn dịch ung thư bằng cách chứng minh các nhà khoa học có thể tạo ra phương pháp điều trị nhắm mục tiêu cho tế bào khối u và tránh làm tổn thương mô khỏe mạnh. Thông thường, tế bào T tự nhiên nhận biết tế bào ung thư bằng cách nhận ra các đoạn protein cụ thể được gọi là peptide, được trình bày trên bề mặt tế bào bởi các phân tử gọi là pMHC.
Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm sức mạnh của nền tảng AI trên mục tiêu ung thư nổi tiếng NY-ESO-1, được tìm thấy trong nhiều loại ung thư. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế một minibinder liên kết chặt chẽ với các phân tử NY-ESO-1 pMHC. Khi protein được thiết kế này được chèn vào tế bào T, nó đã tạo ra một sản phẩm tế bào mới độc đáo được các nhà nghiên cứu đặt tên là ‘IMPAC-T’, hướng dẫn hiệu quả tế bào T tiêu diệt tế bào ung thư trong các thí nghiệm phòng thí nghiệm.
“Thật là vô cùng thú vị khi lấy những minibinder này, được tạo ra hoàn toàn trên máy tính, và thấy chúng hoạt động hiệu quả như vậy trong phòng thí nghiệm,” Kristoffer Haurum Johansen, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và đồng tác giả của nghiên cứu tại DTU cho biết.
Các nhà nghiên cứu cũng đã áp dụng quy trình này để thiết kế chất liên kết cho mục tiêu ung thư được xác định ở bệnh nhân ung thư hắc tố di căn, thành công tạo ra chất liên kết cho mục tiêu này. Điều này chứng minh rằng phương pháp này cũng có thể được sử dụng cho liệu pháp miễn dịch được điều chỉnh chống lại các mục tiêu ung thư mới.
Một bước quan trọng trong đổi mới của các nhà nghiên cứu là phát triển “kiểm tra an toàn ảo”. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng AI để sàng lọc các minibinder được thiết kế và đánh giá chúng liên quan đến các phân tử pMHC được tìm thấy trên tế bào khỏe mạnh. Phương pháp này cho phép họ lọc ra các minibinder có thể gây ra tác dụng phụ nguy hiểm trước khi tiến hành bất kỳ thí nghiệm nào.
“Độ chính xác trong điều trị ung thư là rất quan trọng. Bằng cách dự đoán và loại trừ các phản ứng chéo ngay trong giai đoạn thiết kế, chúng tôi đã có thể giảm rủi ro liên quan đến các protein được thiết kế và tăng khả năng thiết kế liệu pháp an toàn và hiệu quả,” Giáo sư Sine Reker Hadrup tại DTU và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Timothy Patrick Jenkins dự kiến sẽ mất tới năm năm nữa trước khi phương pháp mới này sẵn sàng cho các thử nghiệm lâm sàng ban đầu trên người. Khi phương pháp này sẵn sàng, quy trình điều trị sẽ tương tự như các phương pháp điều trị ung thư hiện tại sử dụng tế bào T biến đổi gen, được gọi là tế bào CAR-T, hiện đang được sử dụng để điều trị u lympho và bạch cầu. Bệnh nhân sẽ đầu tiên được lấy máu tại bệnh viện, tương tự như xét nghiệm máu thông thường. Các tế bào miễn dịch của họ sau đó sẽ được chiết xuất từ mẫu máu này và biến đổi trong phòng thí nghiệm để mang theo các minibinder được thiết kế bằng AI. Những tế bào miễn dịch được tăng cường này được trả lại cho bệnh nhân, nơi chúng hoạt động như tên lửa có mục tiêu, chính xác tìm và tiêu diệt tế bào ung thư trong cơ thể.
Nghiên cứu được công bố với hai tài liệu tham khảo chính: một nghiên cứu về thích ứng nông nghiệp với thảm họa khí hậu trên Environmental Research Letters và nghiên cứu chính về thiết kế pMHC binders trên tạp chí Science.