В продолжающейся борьбе с раком ученые всего мира изучают инновационные подходы, позволяющие раскрыть тайны иммунной системы человека — сложной сети органов, клеток и белков, которая защищает организм от болезней.
Команда под руководством ученых из Университета штата Аризона разработала инструмент обучения на основе искусственного интеллекта под названием HLA Inception , который позволяет получить новую информацию о том, как иммунная система отдельного человека реагирует на чужеродные клетки. Работа была опубликована в журнале Cell Systems.
Сосредоточив внимание на группе белков, называемых главным комплексом гистосовместимости-1 (MHC-1), инструмент на основе искусственного интеллекта может за считанные секунды классифицировать конкретную группу белков, уникальную для человека, и предсказать, сможет ли иммунная защита человека распознать фрагменты угрожающих факторов. вирусы и рак.
«Мы можем делать прогнозы о патологических исходах пациентов, таких как выживаемость при приеме определенных лекарств от рака , основываясь на молекулярных деталях , с которыми человек рождается», — сказал Абхишек Сингхарой, доцент Школы молекулярных наук АГУ, который возглавлял исследование. изучать. «Теперь с этим инструментом то, на что уходили дни, занимает всего секунды».
Понимание этой индивидуальной информации о молекулярном взаимодействии открывает огромные перспективы для создания новых персонализированных лекарств от рака, которые потенциально могут изменить уход за пациентами.
Разгадка сложностей предпочтений белка MHC-1
В организме человека белки MHC-1 действуют как охранники на поверхности наших клеток, предупреждая иммунную систему об инородных захватчиках. Они захватывают кусочки чужеродных белков или пептидов внутри клеток и представляют их иммунной системе для распознавания и атаки.
Белки MHC-1 каждого человека имеют определенные предпочтения в отношении типов белковых фрагментов, с которыми они взаимодействуют, и возможность предсказать, какие пептиды будут эффективно связываться с какими молекулами MHC-I, имеет решающее значение для дальнейшего понимания механизмов работы нашей иммунной системы и для развития новые, более совершенные вакцины против рака.
Однако прогнозирование является сложной задачей.
В человеческой популяции существуют тысячи различных версий молекул MHC-I, что затрудняет создание универсальной модели прогнозирования.
Проанализировав почти 6000 комплексов MHC-1, исследовательская группа обнаружила закономерности, которые могут выявить эти предпочтения и предсказать иммунные реакции в широком диапазоне человеческих популяций.
Инструмент HLA Inception, основанный на искусственном интеллекте и машинном обучении , использует различные заряды на поверхности белков, также известные как электростатические сигнатуры, чтобы классифицировать их на 11 различных типов.
Эту информацию затем можно использовать для прогнозирования того, являются ли белковые фрагменты или пептиды, отслеживаемые MHC-1, собственными или чужеродными захватчиками (чужими).
Исследователи также обнаружили, что пациенты с более разнообразным спектром белков MHC-1, охватывающим больше из 11 классов, имели более высокие шансы выжить при определенных методах лечения рака.
«Продолжающаяся интеграция машинного обучения в здравоохранение поможет снизить риски и персонализировать лечение», — сказал Эрик Уилсон, автор статьи, выпускник ASU и в настоящее время научный сотрудник Медицинской школы Икан на горе Синай.
«Машинное обучение и искусственный интеллект могут улучшить доступность новых методов лечения для более широкой группы пациентов, устраняя необходимость в дорогостоящих экспериментах для определения кандидатуры».
Стремясь продвигать научный прогресс в этой области, исследователи сделали HLA-Inception бесплатным для академического использования, заложив основу для широкого сотрудничества и инноваций в области иммунотерапии.
«Я очень рада использовать эти инструменты для разработки более эффективных вакцин и методов иммунотерапии против рака», — сказала Карен Андерсон, соавтор статьи и профессор Школы естественных наук АГУ. «Это идеальный подход для точной медицины. Иммунотерапия следующего поколения будет высокоточной и адаптированной на основе молекул MHC человека».
Исследователи полагают, что эта работа будет способствовать прогрессу в здравоохранении, особенно в адаптации лечения к индивидуальным пациентам.
«Это впечатляющее исследование, последствия которого выходят за пределы академических кругов», — сказал Сингхарой, который также является исследователем Центра биодизайна прикладных структурных исследований АГУ. «Наша техника сейчас самая быстрая».