Tim stručnjaka s Farmakološkog fakulteta Chapel Hill Eshelman pri UNC (University of North Carolina) kreirao je softver temeljen na algoritmima umjetne inteligencije, koji je sposoban samostalno dizajnirati molekule novih, do sada nepostojećih lijekova.

Program je nazvan Reinforcement Learning for Structural Evolution (ReLeaSE), a njegovi autori tvrde da višestruko ubrzava inače mukotrpan i spor proces dizajniranja složenih farmako-biokemijskih molekula, kandidata za nove lijekove.

Umjetno inteligentni učitelj i učenik

ReLeaSE je AI-algoritam koji se sastoji od dvije uzajamno povezane višeslojne neuronske mreže (MLNN, multi-layered neural networks), hijerarhijski organizirane kao 'učitelj' i 'učenik'.

"Učitelj" sadrži sintaksu i pravila tvorbe kemijskih struktura oko 1.700.000 poznatih biološki aktivnih molekula. Radom s „učiteljem“, „učenik“ svakim novim ciklusom dizajniranja novih biokemijskih molekula postaje sve bolji i učinkovitiji u „konstruiranju“ biokemijskih struktura koje imaju potencijal postati novi lijekovi.

Računalni algoritam ReLeaSE su osmislili A. Tropsha, O. Isayev i M. Popova s fakulteta Chapel Hill Eshelman, a njihovo domicilno sveučilište UNC je prijavilo patent na tu tehnologiju. Prije nepunih mjesec dana su u časopisu Science Advances objavili znanstveni prikaz svojeg koncepta stvaranja novih lijekova korištenjem umjetne inteligencije.

"Proces učenja biokemijskog dizajniranja molekula se može usporediti s procesom učenja stranog jezika: nakon što nauči molekularnu abecedu, riječi i pravila jezične konstrukcije, učenik stvara nove 'rečenice', odnosno molekule", tumači Tropsha.

"Tu molekulu potom prekontrolira 'učiteljski' dio programa, provjeravajući njenu ispravnost u granicama 'gramatičkih pravila' kemijske 'jezične konstrukcije', pa ako je nova molekula biokemijski smislena, kemijski stabilno održiva i ima farmakološki potencijal, 'učitelj' ju odobrava. U suprotnom, učitelj ne odobrava 'jezičnu konstrukciju' koju je učenik stvorio, čime učenika uči da izbjegne nekorisne i loše molekule, a stvara smislene i dobre."

Poboljšani virtualni screening

ReLeaSE je moćna inovacija za virtualni screening, računalnu metodu koju farmaceutska industrija već koristi kako bi identificirala molekule-kandidate za lijekove. Virtualni screening znanstvenici rabe u procjeni potencijalne korisnosti kemikalija koje se već nalaze u „kemijskim bibliotekama“ s ogromnim brojem spojeva, ali ta metoda analizira i odabire samo spojeve iz poola već postojećih, poznatih kemikalija. Nasuprot običnom screeningu, ReLeASE ima jedinstvenu sposobnost osmišljavanja, stvaranja i farmakološke evaluacije potpuno novih molekula.

ReLeaSE je do sada uspješno iskušan za generiranje molekula s točno specificiranim biološkim svojstvima kao što su željena bioaktivnost i sigurnosni profil (redukcija nuspojava), te za dizajniranje molekula s unaprijed zadanim fizičkim svojstvima kao što su talište i topljivost u vodi, kao i za dizajn spojeva s inhibicijskom aktivnošću protiv enzima povezanih s nastankom leukemije.

Kuhanje lijekova à la carte

"Znanstvenik koji koristi obični virtualni screening je poput gosta koji naručuje jelo u restoranu: ono što može naručiti ograničeno je postojećom ponudom u jelovniku", objašnjava Isayev. "No, ReLeaSe znanstvenicima stavlja na raspolaganje sve osnovne namirnice i kreativnog osobnog kuhara, koji potom može stvoriti bilo koje željeno jelo, pri čemu sa svakim novim kuhanjem uči sve bolje zadovoljiti specifične prohtjeve gosta."

Sposobnost algoritma da „ni iz čega“ projektira potpuno nove, a time i odmah patentibilne kemijske spojeve s traženim, zadanim fizikalnim i biološkim svojstvima i optimalnim sigurnosnim profilima, trebala bi biti vrlo atraktivna za farmaceutsku industriju koja stalno traži nove pristupe kojima se može skratiti vrijeme i uštedjeti na troškovima osmišljavanja novih lijekova-kandidata za daljnja klinička ispitivanja.

^{Dr. Igor „Doc“ Berecki, rođen 1961., pedijatar je na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Od posla se opušta antistresnim aktivnostima: od pisanja svojevremeno popularnih tekstova i ilustracija u tiskanom izdanju časopisa BUG, crtkanja grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, te fejsbučkog blogiranja o craft-pivima, životnim neistinama i medicinskim trivijama, sve do pasioniranog kuhanja posve probavljivih jela i sviranja slabo probavljivog bluesa.}