Umjetna inteligencija također za razvoj novih lijekova

Istraživači sa Federalnog instituta za tehnologiju u Cirihu razvili su aUmjetnička inteligencija sposoban da značajno ubrza razvoj nove droge i optimizirati postojeće.

ETH-ova umjetna inteligencija može identificirati u kojoj tački na molekulama skele je moguće razviti nove aktivne sastojke, a također je u stanju odrediti optimalne uslove za hemijske reakcije zahtjevi su uspješni.

Le prediktivne sposobnosti novog modela su iznenađujuće: potvrđeno u laboratoriji na već poznatim molekulima lijeka, predviđanja AI su se pokazala tačnima u pet od šest slučajeva.

Velika 100 hemije i izazovi globalne ekonomije
Razvoj novih lijekova, biblioteke poboljšane zahvaljujući hemiji

Sinteza novih lijekova ka pravoj revoluciji

Do danas, identificirati i proizvesti novi lijekovi i aktivni sastojci bilo je potrebno proći dug eksperimentalni put sastavljen od hipoteza, pokušaja i grešaka: veoma skup put u smislu vremena i resursa, i pun ćorsokaka.

Generalno, za proizvodnju novih farmakološki aktivnih molekula, kemičari koriste metode sinteze izvedeni iz već poznatih hemijskih reakcija, a zatim testirati svaku od ovih metoda kroz laboratorijske eksperimente.

Danas, međutim,Umjetnička inteligencija dozvoljava razvoj koji je bio nezamisliv prije samo nekoliko godina, a nove tehnologije mogu naći primenu i u oblasti sinteze novih lekova. Naučnici sa ETH u Cirihu i istraživači iz Roche Pharma istraživanje i rani razvoj razvili su AI model koji pomaže u određivanju najbolje metode sinteze, a može ukazati i na vjerovatnoću uspjeha.

"Naša metoda može značajno smanjiti broj potrebnih laboratorijskih eksperimenata“, Objašnjava Kenneth Atz, doktorand na Institutu za farmaceutske nauke na ETH u Cirihu koji je zajedno sa prof. Gisbert Schneider, razvio AI model.

MSD, farmaceutski sektor u Holandiji postaje zelen
U trbuhu se nalazi "špijun", a radi se o flasteru sa senzorskim funkcijama

Kako se rađaju novi lijekovi: skele i funkcionalne grupe

Il AI model za sintezu novih lijekova testirana je, za sada, hemijskom reakcijom borilacija, jedna od onih „već poznatih reakcija“ koja se koristi za proizvodnju novih aktivnih sastojaka. One se uglavnom sastoje od askele za koje se vezuju tzv funkcionalne grupe kao što su amidi (na primjer, paracetamol) i alkoholi (na primjer, glicerin).

Ove skele, ili skela, služe da podrže funkcionalne grupe i drže ih u pravom položaju da djeluju na određeni način. Skele se, međutim, uglavnom sastoje od atoma ugljenik i vodonik, što ih čini sve samo ne reaktivnim: dobivanje veze s funkcionalnim atomima kao što su dušik, kisik ili klor uopće nije očito.

Da biste bili uspješni u stvaranju ovih veza, morate hemijski aktiviraju skele preko reakcija devijacije. Borilacija je jedna od ovih metoda aktivacije: ona se sastoji od vezivanja hemijske grupe koja sadrži bor na atom ugljenika na skeli, a zatim se zgodno zamenjuje drugom farmakološki efikasnom grupom.

Voda, trava i čovječanstvo: kognitivne granice umjetne inteligencije
Novi kompjuterizovani karton pacijenata: Puna brzina napred u Švajcarskoj

Umjetna inteligencija trijumfalno ulazi u laboratorij

Jedan od načina da proizvoditi nove lijekove a poboljšanje postojećih je postavljanje funkcionalnih grupa nova sedišta na skelama: umjetna inteligencija koju su razvili istraživači na Federalnom institutu za tehnologiju u Cirihu brine se za pojednostavljenje ovog koraka. Model je u stanju identificirati nove moguće dodatne lokacije i odrediti optimalni uslovi za uspjeh aktivacijske reakcije.

Početna ideja je, objašnjavaju, bila da se uzmu reakcije opisane u naučnoj literaturi i koriste za njih trenirati model umjetne inteligencije da se koristi za identifikaciju što većeg broja borilacionih mesta na novim molekulima.

"Iako borilacija ima veliki potencijal, reakciju je teško kontrolirati u laboratoriju“, objašnjava Atz, “zato je naše dubinsko pretraživanje svjetske literature iznijelo na vidjelo tek nešto više od 1.700 naučnih članaka na ovu temu”. Da bi se osigurao kvalitet podataka koji će biti dostavljeni AI modelu, tim je suzio izvore na 38 posebno pouzdanih dokumenata, koji opisuju ukupno 1.380 reakcija borilacije.

Rezultati naučne literature su zatim integrisani sa evaluacijama 1.000 reakcija sprovedeno u laboratoriji kojim upravlja Roche-ov Odeljenje za istraživanje medicinske hemije, omogućavajući da se hemijske reakcije izvode u miligramskoj skali i analiziraju istovremeno. “Kombinacija laboratorijske automatizacije sa umjetnom inteligencijom ima ogroman potencijal", Objašnjava on David Nippa, doktorand na Rocheu, “može značajno povećati efikasnost u hemijskoj sintezi i istovremeno je poboljšati održivost".

Inovativna terapija moždanog udara zahvaljujući švicarskoj medicini
Konfuzija i kontrola u vrijeme vještačke inteligencije

Velika moć predviđanja, posebno sa 3D podacima

Napajan skupom podataka izvučenih iz naučne literature i laboratorijskih testova, AI model je pokazao iznenađujuće prediktivne sposobnosti: njegova predviđanja su potvrđena korištenjem šest već poznatih molekula lijeka, i in pet od šest slučajeva laboratorijska ispitivanja su potvrdila planirane dodatne lokacije.
Model se pokazao jednako pouzdanim kada je u pitanju identifikacija mjesta na skeli na kojima nije moguća aktivacija, te je odredio optimalne uslove za reakcije aktivacije.

Predviđanja su se dodatno poboljšala kada je model imao pristup 3D informacije na molekulima početna tačka, a ne samo njihova hemijska formula: “Čini se da model razvija neku vrstu trodimenzionalnog hemijskog razumijevanja“, objašnjava Atz.

Mladi doktorant sa Politehnike sada radi kao naučnik veštačke inteligencije u oblasti medicinske hemije u Rocheu: “Veoma je uzbudljivo raditi na sučelju između akademskog istraživanja AI i automatizacije laboratorija”, objasnio je, “i zadovoljstvo je moći sve to prenijeti naprijed uz najbolje sadržaje i metode".

Hemija budućnosti: novi izazovi industrije za održivost
Sintetički flaster bez presedana za zaptivanje unutrašnjih rana