Принцип естественного отбора и нейросеть в борьбе с раком: нанотехнологии ИТМО сделали поиск лекарства проще и эффективнее

Исследователи из Университета ИТМО создали искусственный интеллект, который поможет находить наночастицы, целенаправленно воздействующие на раковые клетки. Информация о новой системе, опубликована в журнале Small. Инновационный алгоритм сократит время и количество ресурсов, необходимых для синтеза частиц, плюс существенно уменьшит негативные последствия от лечения онкологических заболеваний.


Наночастицы задействуют в терапии чтобы переносить лекарства к опухоли и не наносить вреда здоровым тканям. Они также способны уничтожать раковые образования и усиливать действие препарата. Но некоторые подобные частицы оказываются опасными не только для раковых клеток, но и для здоровых. Дополнительной проблемой становится и тот факт, что производство и исследование наночастиц требуют много средств и трудоемки в производстве.

Ученые из ИТМО разработали систему, которая позволяет машине оценивать токсичность наночастиц исходя из их стандартизированных параметров, таких как размер, заряд, химический состав и характеристики поверхности. Для этого был создан генетический алгоритм, основанный на принципе естественного отбора. Таким образом, данная платформа способна производить наночастицы, которые наносят вред исключительно раковым клеткам. Кроме того, система способна определить, какие из уже существующих частиц действуют селективно.

В отличие от других методов на основе машинного обучения, исследователи решили использовать для своего исследования генетический алгоритм. Этот инновационный подход позволил достичь более высокой эффективности и точности в определении степени токсичности наночастиц для различных типов клеток.

Ученые протестировали работу системы с помощью базы данных, созданной ранее другими исследователями. База содержит структурированные записи о ходе лабораторных опытов с различными наночастицами и клетками разных типов рака. Суммарно в ходе эксперимента было проанализировано 3700 образцов.

По словам первого автора статьи, аспиранта Сусан Джьякхво, нередко пациенты испытывают страдания в ходе противораковой терапии из-за побочных эффектов лекарств, которые не специально предназначены для раковых клеток. ИИ-платформа создана прежде всего для химиков-экспериментаторов, которые занимаются разработкой наночастиц для подобной терапии. Исследователи смогут тестировать уже имеющиеся образцы для практического использования в условиях клиники.

Стоит отметить, что эта новая модель также может значительно упростить работу биологов в поисках новых лекарственных препаратов. Она позволяет изучать выборочное воздействие наночастиц на определенные линии раковых клеток без необходимости проведения избыточных экспериментов. Это дает возможность сэкономить время и ресурсы, а также ускорить процесс разработки новых препаратов.

В настоящее время ученые работают над адаптацией этой системы подбора наночастиц для борьбы с бактериальными и грибковыми инфекциями. Исследователи верят, что такой подход может значительно помочь преодолеть проблему устойчивости микроорганизмов к антибиотикам. Это может открыть новые перспективы в лечении инфекций и способствовать разработке более эффективных и безопасных методов борьбы с микроорганизмами.

Исследование проводилось в рамках программы «Приоритет-2030» Минобрнауки России.