O echipă de cercetători americani, de la Centrul de cancer Norris Comprehensive din cadrul Universităţii Southern California (UCS), a dezvoltat un sistem de învăţare automată pentru a identifica genele care pot transforma celulele canceroase ale creierului în celule imunitare funcţionale şi a testat cu succes abordarea într-un model de şoarece.
În cadrul unui studiu inovator asupra glioblastomului, oamenii de ştiinţă au utilizat inteligenţa artificială (AI) pentru a reprograma celulele canceroase, transformându-le în celule dendritice, care pot identifica celulele canceroase şi pot direcţiona alte celule imunitare pentru a le ucide.
Glioblastomul este cel mai frecvent cancer cerebral la adulţi şi, de asemenea, cel mai mortal, mai puţin de 10% dintre pacienţi supravieţuind cinci ani de la diagnosticare.
În timp ce noile abordări, cum ar fi imunoterapia, au revoluţionat tratamentul altor tipuri de cancer, acestea au făcut prea puţin pentru pacienţii cu glioblastom. Acest lucru se datorează în parte faptului că aceste tumori cerebrale greu accesibile se ascund în spatele barierei hemato-encefalice, unde celulele imunitare se luptă să ajungă la ele şi să le elimine.
Dar o nouă cercetare, condusă de facultatea de medicină Keck din cadrul USC, a folosit inteligenţa artificială pentru a explora genele care controlează soarta unei celule - de exemplu, dacă aceasta se transformă într-o celulă cardiacă, pulmonară sau canceroasă.
Cercetătorii au identificat gene care pot reprograma celulele glioblastomului, transformându-le în celule imunitare în interiorul tumorii, astfel încât să vizeze în mod eficient celulele canceroase înrudite pentru distrugere.
În modelele de şoareci de glioblastom, abordarea a crescut şansele de supravieţuire cu până la 75%.
Rezultatele au fost publicate în Cancer Immunology Research.
„Acest studiu inovator valorifică puterea inteligenţei artificiale pentru a transforma celulele glioblastomului în celule care activează imunitatea, marcând un progres semnificativ în imunoterapia cancerului", a declarat într-un comunicat autorul principal al studiului, dr. David Tran, profesor de chirurgie neurologică şi neurologie şi şeful diviziei de neuro-oncologie la facultatea de medicină Keck.
„Întorcând propriile celule ale cancerului împotriva sa, abordarea indică noi căi pentru tratamente mai eficiente şi oferim o nouă speranţă pacienţilor care luptă împotriva acestui cancer şi a multor altor cancere agresive", a precizat medicul-cercetător.
În plus faţă de activitatea pe modele animale, cercetătorii au folosit AI pentru a identifica un set de gene care pot transforma celulele glioblastomului uman în celule imune.
În viitor, oamenii de ştiinţă ar putea livra acel material genetic pacienţilor cu glioblastom prin încorporarea acestuia într-un virus inofensiv, un instrument cunoscut sub numele de vector viral.
„Forţarea unei celule cu 20.000 de gene să devină altceva este incredibil de complexă. Folosind abordările moleculare tradiţionale, ar fi aproape imposibil de realizat", a explicat dr. Tran, care este, de asemenea, co-director al Centrului USC pentru Tumori Cerebrale din cadrul Centrului de cancer Norris.
„AI ne ajută să răspundem la unele întrebări cheie şi ne oferă o modalitate puternică de a învăţa cum să manipulăm soarta unei celule", a precizat acesta.
Controlând soarta unei celule
Celulele dendritice joacă un rol central în activarea răspunsului imunitar: Ele prelevează antigene (cum ar fi de la o celulă canceroasă) şi le prezintă altor celule imunitare, inclusiv armatelor de celule T, declanşând efectiv un atac la scară largă.
Dovezile sugerează că aceste celule pot lupta împotriva glioblastomului, însă oamenii de ştiinţă nu au găsit încă o modalitate fiabilă de a le face să treacă de bariera hemato-encefalică şi să ajungă în mediul ostil al unei tumori. Prin reprogramarea celulelor canceroase aflate deja în interiorul tumorii, laboratorul USC a ocolit această provocare majoră.
Atunci când se manipulează soarta unei celule, un aspect important este specificitatea. Transformarea celulelor sănătoase ale creierului în celule dendritice, de exemplu, ar putea micşora o tumoră cerebrală, dar ar putea cauza probleme de sănătate.
„Nu vrem să dăm unui pacient ceva care poate converti tot felul de celule în celule dendritice", spune dr. Tran.
Sistemul de învăţare automată pe care echipa l-a dezvoltat a fost capabil să interogheze zeci de mii de gene şi milioane de conexiuni între gene şi să le identifice pe cele care pot viza în mod specific celulele glioblastomului şi să le reprogrameze pentru a semăna cu celulele dendritice. Această metodă condusă de AI diferă de cercetările anterioare, care au utilizat ceea ce se numeşte o abordare empirică pentru a identifica manual genele care controlează soarta unei celule.
„Puterea mare de calcul a AI ne ajută cu adevărat să accelerăm procesul de descoperire", a precizat dr. Tran.
Cercetătorii au valorificat inteligenţa artificială pentru a identifica genele conducătoare de destin care pot transforma celulele glioblastomului în celule dendritice, care pot ajuta la distrugerea cancerului. Autorul studiului, dr. David Tran, a creat această imagine utilizând ChatGPT.
Folosită alături de alte imunoterapii, reprogramarea celulelor glioblastomului a îmbunătăţit semnificativ răspunsul imun şi ratele de supravieţuire în modelele de glioblastom la şoareci.
Atunci când a fost combinată cu terapia punctelor de control imunitar, noua abordare a îmbunătăţit şansele de supravieţuire cu 75%.
Atunci când este combinată cu un vaccin cu celule dendritice (CD) clasic, noua abordare a dublat şansele de supravieţuire. Folosite separat, nici terapia punctelor de control imunitar, nici vaccinul CD nu au crescut şansele de supravieţuire la pacienţii cu glioblastom.
Avansarea către studiile clinice
În plus faţă de studiul de validare a conceptului pe şoareci, cercetătorii au utilizat sistemul AI pentru a identifica un set de gene umane care pot transforma celulele glioblastomului uman în celule asemănătoare celulelor dendritice.
În continuare, ei intenţionează să restrângă acest set, să împacheteze materialul genetic într-un vector viral şi să înceapă o rundă iniţială de teste de siguranţă şi eficacitate pe modele animale.
„Dorim să extindem căutarea, folosind inteligenţa artificială pentru a ne ajuta să găsim cele mai bune combinaţii posibile pe măsură ce ne îndreptăm spre testarea la pacienţi", a precizat dr. Tran.
În cazul în care abordarea este considerată sigură şi eficientă - ceea ce înseamnă că îmbunătăţeşte rezultatele pentru modelele de glioblastom şi nu provoacă efecte secundare neaşteptate - laboratorul USC va solicita aprobarea pentru a începe studiile clinice pe pacienţi în câţiva ani.
Pe parcurs, ei speră, de asemenea, să utilizeze modelul de inteligenţă artificială pentru a identifica gene care pot reprograma şi alte tipuri de celule canceroase pentru a se comporta ca celule dendritice.
