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.
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.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...