Artificiell intelligens skapar molekylära "missiler" för att rikta in sig på cancerceller

Personlig cancerbehandling når en ny nivå då forskare har utvecklat en AI-plattform som nu kan anpassa proteinkomponenter och "beväpna" en patients immunceller för att bekämpa cancer.

En ny metod som beskrivs i tidskriften Science visar för första gången att det är möjligt att designa proteiner på en dator som kan omdirigera immunceller till att döda cancerceller med hjälp av pMHC-molekyler.

Detta minskar radikalt den tid det tar att hitta effektiva molekyler för cancerbehandling – från flera år till flera veckor.

”Vi skapar i princip ett nytt par ögon för immunsystemet. Nuvarande personliga cancerbehandlingar bygger på att hitta så kallade T-cellsreceptorer i patientens eller donatorns immunsystem som kan användas i terapi. Detta är en mycket lång och komplex process. Vår plattform designar molekylära nycklar för att känna igen cancerceller med hjälp av AI, och gör det med otrolig hastighet, vilket gör att en kandidatmolekyl kan utvecklas på bara 4–6 veckor”, förklarar Timothy P. Jenkins, docent vid Danmarks Tekniska Universitet (DTU) och studiens sista författare.

Riktade missiler mot cancer

AI-plattformen, som utvecklats gemensamt av specialister från DTU och Scripps Research Institute (USA), löser ett av de viktigaste problemen inom immunterapi: att skapa riktade metoder för att behandla tumörer utan att skada frisk vävnad.

Vanligtvis känner T-celler igen cancerceller naturligt genom att reagera på specifika peptider som visas på cellytan av pMHC-molekyler. Att omsätta denna kunskap till behandling är en långsam och svår process, särskilt eftersom individuell T-cellsreceptordiversitet förhindrar utvecklingen av universella, personliga behandlingar.

Stärka kroppens immunförsvar

I studien testade forskarna plattformens effektivitet på ett känt mål, NY-ESO-1, vilket finns i olika typer av cancer. Teamet lyckades konstruera en minibindare som band tätt till NY-ESO-1 pMHC-molekyler.

När detta protein infördes i T-celler skapades en ny cellkonstruktion som forskarna kallade IMPAC-T-celler. Dessa celler styrde effektivt T-cellerna att döda cancerceller i laboratorieexperiment.

”Det var otroligt spännande att se hur minibindande proteiner, designade helt i en dator, fungerar så effektivt i labbet”, säger postdoktorn Christoffer Haurum Johansen, medförfattare till studien och forskare vid DTU.

Forskarna använde också plattformen för att konstruera proteiner för att rikta in sig på ett cancermål som identifierats hos en patient med metastaserande melanom, och framgångsrikt skapade aktiva föreningar även för detta ändamål, vilket bevisar att metoden kan tillämpas på nya individuella cancermål.

Virtuell säkerhetskontroll

Nyckelelementet i innovationen var skapandet av ett virtuellt säkerhetstest. Forskare använde AI för att screena de minibindare de skapade och jämföra dem med pMHC-molekyler som finns på friska celler. Detta gjorde det möjligt för dem att filtrera bort potentiellt farliga molekyler innan experimenten började.

”Precision vid cancerbehandling är avgörande. Genom att förutsäga och eliminera korsreaktioner redan i designstadiet kunde vi minska riskerna och öka sannolikheten för att skapa en säker och effektiv behandling”, förklarar DTU-professorn och medförfattare till studien, Sine Reker Hadrup.

Behandling - efter fem år

Jenkins uppskattar att det kommer att ta upp till fem år att genomföra de första kliniska prövningarna på människor. När metoden väl är implementerad kommer den att likna befintliga metoder som använder genetiskt modifierade T-celler, kallad CAR-T-terapi, som används för att behandla lymfom och leukemi.

Först tas blod från patienten, som i ett vanligt test. Från detta blod extraheras och modifieras immunceller i labbet genom att injicera dem med AI-designade minibindare. De förstärkta immuncellerna återförs sedan till patienten och fungerar som styrda missiler som exakt hittar och förstör cancerceller i kroppen.