Kunstmatige intelligentie creëert moleculaire 'raketten' om kankercellen aan te vallen

Gepersonaliseerde kankerbehandeling bereikt een nieuw niveau, omdat onderzoekers een AI-platform hebben ontwikkeld dat nu eiwitcomponenten kan aanpassen en de immuuncellen van een patiënt kan 'bewapenen' om kanker te bestrijden.

Een nieuwe methode, beschreven in het tijdschrift Science, toont voor het eerst aan dat het mogelijk is om op een computer eiwitten te ontwerpen die immuuncellen kunnen aansturen om kankercellen te doden met behulp van pMHC-moleculen.

Hierdoor wordt de tijd die nodig is om effectieve moleculen voor kankertherapie te vinden drastisch verkort: van enkele jaren naar enkele weken.

"We creëren in feite een nieuw paar ogen voor het immuunsysteem. Huidige gepersonaliseerde kankerbehandelingen zijn gebaseerd op het vinden van zogenaamde T-celreceptoren in het immuunsysteem van de patiënt of donor, die gebruikt kunnen worden in de therapie. Dit is een zeer langdurig en complex proces. Ons platform ontwerpt moleculaire sleutels voor het herkennen van kankercellen met behulp van AI, en doet dit met een ongelooflijke snelheid, waardoor een kandidaatmolecuul in slechts 4-6 weken kan worden ontwikkeld", legt Timothy P. Jenkins uit, universitair hoofddocent aan de Technische Universiteit van Denemarken (DTU) en de laatste auteur van de studie.

Gerichte raketten tegen kanker

Het AI-platform, dat gezamenlijk is ontwikkeld door specialisten van DTU en het Scripps Research Institute (VS), lost een van de belangrijkste problemen op het gebied van immunotherapie op: het creëren van gerichte methoden voor de behandeling van tumoren zonder gezond weefsel te beschadigen.

Normaal gesproken herkennen T-cellen kankercellen op natuurlijke wijze door te reageren op specifieke peptiden die pMHC-moleculen op het celoppervlak presenteren. Het vertalen van deze kennis naar therapie is een langzaam en moeilijk proces, vooral omdat de diversiteit van individuele T-celreceptoren de ontwikkeling van universele, gepersonaliseerde behandelingen verhindert.

Het versterken van het immuunsysteem van het lichaam

In de studie testten de wetenschappers de effectiviteit van het platform op een bekend doelwit, NY-ESO-1, dat voorkomt bij verschillende soorten kanker. Het team ontwikkelde met succes een minibinder die zich sterk bindt aan NY-ESO-1 pMHC-moleculen.

Toen dit eiwit in T-cellen werd ingebracht, ontstond een nieuwe celconstructie die de onderzoekers IMPAC-T-cellen noemden. Deze cellen stuurden T-cellen effectief aan om kankercellen te doden in laboratoriumexperimenten.

"Het was ongelooflijk spannend om te zien hoe mini-bindende eiwitten, volledig ontworpen op een computer, zo efficiënt werken in het lab", zegt postdoc Christoffer Haurum Johansen, medeauteur van de studie en onderzoeker aan de DTU.

De wetenschappers gebruikten het platform ook om eiwitten te ontwikkelen die zich richten op een kankersoort die is geïdentificeerd bij een patiënt met gemetastaseerd melanoom. Ook voor dit doel slaagden ze erin om actieve verbindingen te creëren. Daarmee bewezen ze dat de methode kan worden toegepast op nieuwe, afzonderlijke kankersoorten.

Virtuele beveiligingscontrole

Het belangrijkste element van de innovatie was de ontwikkeling van een virtuele veiligheidstest. Wetenschappers gebruikten AI om de minibinders die ze ontwikkelden te screenen en te vergelijken met pMHC-moleculen op gezonde cellen. Dit stelde hen in staat om potentieel gevaarlijke moleculen eruit te filteren voordat de experimenten begonnen.

"Precisie bij kankerbehandeling is cruciaal. Door kruisreacties al in de ontwerpfase te voorspellen en te elimineren, konden we de risico's verminderen en de kans op een veilige en effectieve therapie vergroten", legt DTU-hoogleraar en medeauteur van de studie Sine Reker Hadrup uit.

Behandeling - na vijf jaar

Jenkins schat dat het tot vijf jaar zal duren om de eerste klinische proeven op mensen uit te voeren. Eenmaal geïmplementeerd, zal de methode lijken op bestaande methoden die gebruikmaken van genetisch gemodificeerde T-cellen, CAR-T-therapie genaamd, die worden gebruikt voor de behandeling van lymfoom en leukemie.

Eerst wordt bloed afgenomen bij de patiënt, zoals bij een normaal onderzoek. Uit dit bloed worden immuuncellen geëxtraheerd en in het laboratorium gemodificeerd door ze te injecteren met door AI ontworpen minibinders. De versterkte immuuncellen worden vervolgens teruggeplaatst bij de patiënt en fungeren als geleide projectielen die kankercellen in het lichaam nauwkeurig opsporen en vernietigen.