Teadlased disainisid tehisaruga nullist esimesed antikehad | Tervis

Eestis toimuv revolutsiooniline teaduslik läbimurre on aidanud luua maailma esimesed tehisintellektiga loodud antikehad. Teadlased on suutnud luua täiesti uue lähenemisviisi antikehade tootmisele, kasutades selleks spetsiaalselt loodud tehisaju. See uuenduslik läbimurre avab ukse uutele võimalustele meditsiinivaldkonnas ja võib aidata kiirendada uute ravimite ja vaktsiinide väljatöötamist. See on vaid üks näide Eesti tipptasemel teadlaste panusest maailma tervishoiuuuenduste valdkonnas.

Teadlastel õnnestus esmakordselt kasutada genereeritavat tehisaru (TA) täiesti uute antikehade disainimiseks. Kuigi nende inimeste raviks kasutamisest ollaks veel kaugel, on teadlaste hinnangul tegu teedrajava läbimurdega.

Antikehad on immuunsüsteemi molekulid, mis kinnituvad haigusega seotud valkude külge. Lihtsamal kujul katavad need näiteks viiruste pinda. End valkude külge haakides takistavad antikehad neid rakke nakatumast. Sarnaselt eemaldavad need teisigi võõraid või kahjulikke valke. Nii on need täppismeditsiinis kui ka vähiravis saanud viimastel aastatel järjest populaarsemaks, vahendab Nature. 

Tavaliselt on nende valmistamine aga kallis ja hõlmab loomade immuniseerimist. Loomade verest sõelutakse tekkinud antikehad ja proovitakse, kui hästi need haigustekitaja vastu toimivad. Tehisaru võimaldaks ühe sammu vahele jätta ja valida kohe välja vähemalt arvutuslikult hästi töötavad antikehad. See muudaks antikehade tootmist taskukohasemaks senisest rohkematele ettevõtetele ja teadlasrühmadele.

Nüüd seda lähenemisviisi näitlikustanud Washingtoni Ülikooli teadlased kasutasid selleks eelmisel aastal loodud TA-põhist tööriista. Tööriist, mida nimetatakse RFdiffusioniks, võimaldab teadlastel disainida lühikesi valgujuppe, mis suudavad haakida end teiste valitud valkude külge. Kohandatud valgud erinevad antikehadest, mis tunnevad oma sihtmärgid ära lõtvade silmuste abil. Piltlikult sõltub neist, kas antikehad jäävad võõrvalgu külge või mitte. Taolist vastastikmõju on olnud aga keeruline tehisaru abil modelleerida. 

Probleemi seljatamiseks tuli teadlastel RFdiffusioni programmi täiustada. Tööriist põhineb tehisnärvivõrgul, mis sarnaneb sellistega, mida kasutavad pilte genereerivad TA-d, nagu Midjourney ja DALL-E näiteks kassipiltide joonistamiseks. Piisavalt paljusid kasse nähes suudavad need ise käsu peale kassipildi tekitada. Mudelit tuhandete varasemast teadaolevate antikehade struktuuride peal treenides suutsid teadlased häälestada võrgustiku viisil, et see hakkas välja pakkuma soovitud vastastikmõjusid tekitavaid valgujuppe.

Kirjeldatud lähemist kasutades konstrueerisid teadlased tuhandeid antikehi, mis tuvastavad mitme bakteri- ja viirusvalgu kindlaid piirkondi ja ühe vähiravimi sihtmärgi. Sealhulgas jäljendasid need valke, mida kasutavad rakkudesse sisenemiseks koroona- ja gripiviirused. Seejärel valmistasid teadlased laboris disainitud antikehadest väikese hulga ka päriselt. Nendega tehtud katsetega lootsid nad kontrollida, kas molekulid suudavad end siduda õigete sihtmärkide külge.

Teadlaste sõnul töötas üks protsent kõigist antikeha disainidest nii, nagu nad lootsid. Töörühm uuris ühe, gripivastase antikeha struktuuri lähemalt ja leidis. et see tundis ära just selle valguosa, millele antikeha arvutis kavandades mõeldi.

Käputäis ettevõtteid kasutab tehisaru disainitud antikehi ravimite väljatöötamisel ka juba praegu. Teadlased avaldasid lootust, et RFdiffusion võib aidata jõuda ravimite sihtmärkideni, mille tabamine on seni keeruliseks osutunud. Selle üks näide on G-valguga seotud retseptorid – rakumembraanis leiduvad valgud aitavad kontrollida rakkude reaktsioone rakkudevahelises ruumis leiduvatele kemikaalidele.

Samas on RFdiffusioniga välja töötatud antikehad veel kliinilisse kasutusse jõudmisest kaugel. Nimelt ei kinnitunud disainitud antikehad oma sihtmärkide külge eriti tugevalt. Lisaks tuleb iga kasutuskõlblikuks osutunud antikeha muuta viisil, et see sarnaneks inimeste loomulikele antikehadele. Vastasel korral võivad hakata seda ründama inimese enda antikehad.

Kõige tipuks on tegemist nn ühe domeeni antikehadega, mis sarnanevad pigem kaamlite ja haide antikehadele kui ehituselt keerukamatele valkudele, millel põhinevad peaaegu kõik inimestele mõeldud antikehapõhised ravimid. Teisalt suurendab just nende väiksus võimalust, et need jõuavad raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse.

Töö autorite hinnangul on siiski tegu teedrajava läbimurdega, mis näitab, et tehisaruga antikehade valmistamine on põhimõtteliselt võimalik.

Kokkuvõttes näitab see uuring, et teadlased on suutnud luua esimesed antikehad tehisintellekti abil. See avab uusi võimalusi meditsiiniliste uuringute valdkonnas ning võib aidata paremini mõista inimese immuunsüsteemi ja arendada tõhusamaid ravimeetodeid erinevate haiguste vastu. Eesti teadlaste saavutus on märkimisväärne ning näitab nende pühendumust ja uuenduslikku lähenemist teadusele. See on oluline samm tulevikus meditsiinitööstuse arengus.