Personlig præcisions-kræftbehandling i større skala er kommet et skridt nærmere, efter at forskere har udviklet en AI-platform, der kan skræddersy proteinkomponenter og ruste en patients immunceller til at bekæmpe kræft. Den nye metode, der er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science, viser for første gang, at det er muligt at computerdesigne særlige binder-molekyler, der kan guide patientens immunceller til at binde sig til kræftcellernes pMHC-molekyler.
Den nye AI-platform forkorter processen med at finde effektive molekyler til kræftbehandling dramatisk fra år til få uger.
"Vi skaber i bund og grund et nyt sæt øjne til immunsystemet. De nuværende metoder til individuel kræftbehandling er baseret på at finde såkaldte T-celle-receptorer i patientens eller donorens immunsystem, som kan bruges til behandling. Det er en meget tidskrævende og udfordrende proces. Vores AI-platform designer molekylære strukturer mod kræftceller, og platformen gør det med en utrolig hastighed, så vi kan have et nyt lovende molekyle inden for 4-6 uger," siger lektor ved DTU og medforfatter på forskningsstudiet Timothy P. Jenkins.
Målrettede missiler mod kræft
AI-platformen, der er udviklet af et team fra DTU og det amerikanske Scripps Research Institute, demonstrerer målrettede behandlinger mod tumorceller, og hvordan det er muligt at undgå at beskadige sundt væv, hvilket er en stor udfordring inden for immunterapi mod kræft.
Normalt identificerer kroppens T-celler naturligt kræftceller ved at genkende proteinfragmenter, kaldet peptider, der præsenteres på celleoverfladen af specifikke molekyler kaldet pMHC'er. Det er en langsom og udfordrende proces at udnytte denne viden til terapi, ofte fordi variationerne i kroppens egne T-celle-receptorer gør det udfordrende at skabe en personlig behandling.
Styrker kroppens immunsystem
I undersøgelsen testede forskerne styrken af AI-platformen på et velkendt kræftmål, NY-ESO-1, som findes i en lang række kræftformer. Teamet lykkedes med at designe en minibinder, der bandt sig tæt til NY-ESO-1 pMHC-molekylerne. Da det designede protein blev indsat i T-celler, skabte det et unikt nyt celleprodukt, som forskerne kaldte ›IMPAC-T‹-celler, som effektivt guidede T-cellerne til at dræbe kræftceller i laboratorieforsøg.
»Det var utroligt spændende at tage disse minibindere, som var skabt udelukkende på en computer, og se dem virke så effektivt i laboratoriet,« siger postdoc Kristoffer Haurum Johansen, medforfatter til studiet og forsker ved DTU.
Forskerne anvendte også pipelinen til at designe bindere til et kræftmål i en celleprøve fra en patient med modermærkekræft. Det lykkedes at generere bindere også til dette mål, og dermed dokumentere, at metoden kan bruges til skræddersyet immunterapi mod nye mindre velkarakteriserede kræftmål.
Screening af behandlinger
Et afgørende skridt i forskernes innovation var udviklingen af en ’virtuel sikkerhedskontrol’. Teamet brugte AI til at screene deres designede minibindere og vurdere dem i forhold til pMHC-molekyler fundet på raske celler. Denne metode gjorde det muligt for dem at frasortere minibindere, der kunne forårsage farlige bivirkninger, inden der blev udført eksperimenter.
»Præcision i kræftbehandling er afgørende. Ved at forudsige og udelukke krydsreaktioner allerede i designfasen kunne vi reducere den risiko, der er forbundet med designede proteiner, og på den måde øge sandsynligheden for en sikker og effektiv terapi,« siger DTU-professor og medforfatter til studiet Sine Reker Hadrup.
Fem år til behandling
Timothy Patrick Jenkins forventer, at det vil tage op til fem år, før den nye metode er klar til de første kliniske forsøg på mennesker. Når metoden er klar, vil behandlingsforløbet ligne nuværende kræftbehandlinger med genetisk ændrede T-celler, såkaldte CAR-T-celler, som i dag bruges til behandling af lymfekræft og leukemi.
I behandlingerne vil patienterne først få taget en blodprøve på hospitalet, ligesom ved en rutinemæssig blodprøve. Herefter udvindes deres immunceller fra blodprøven og behandles i laboratoriet, så de kan bære de AI-designede minibindere. De forbedrede immunceller returneres til patienten, hvor de fungerer som målrettede missiler, der præcist finder og eliminerer kræftceller i kroppen.
