ワシントン大学の研究者らが、がん治療の精度向上につながるAIを活用した画期的な技術を発見
リサ・スティフラー著
がんやその他の病気の治療をカスタマイズするために使用される科学における画期的な進歩は非常に有望であるため、ワシントン大学の研究者たちはその技術を商業化するために会社を設立することを計画している。
この戦略では、人工知能を利用して、病気の細胞上の特定のマーカーを認識して結合するタンパク質を作成し、本質的には免疫細胞を引き寄せて標的を破壊する生物学的ネオンサインを作成します。
この研究は、ノーベル賞受賞者のデイビッド・ベイカー氏の研究室と、ベイカー氏が率いるワシントン大学医学部タンパク質設計研究所によるもので、本日サイエンス誌に掲載されました。本研究の共著者は、ワシントン大学の複数の学部、スタンフォード大学のガルシア研究室、メモリアル・スローン・ケタリングがんセンターのシャインバーグ研究室です。
「不健康な細胞を検出することは免疫システムの主要な役割の一つですが、がんやウイルス感染の微妙な兆候を必ずしも見逃してしまうわけではありません」とベイカー氏は声明で述べた。「本研究では、コンピューター設計のタンパク質がヒトの免疫細胞が適切な標的を見つけ、より効果的に機能するのを助けることができることを示しています。」
この研究は、個々の患者に合わせて調整された薬剤を投与する精密免疫療法の大きな進歩につながる可能性があります。この個別化アプローチの鍵は、細胞がどのようにしてその表面にアイデンティティを示すのかを理解することにあります。
細胞の外膜には、ペプチドと呼ばれる小さなタンパク質を含む分子が散りばめられており、細胞の内部構造、例えばがん化やHIVなどのウイルス感染の有無などを明らかにします。科学者たちは、タンパク質設計研究所が開発したAIツール「RFdiffusion」と「ProteinMPNN」を用いて、これらの固有のペプチドを認識するタンパク質を効率的かつ安価に設計しました。
その後、カスタムメイドのタンパク質は、キメラ抗原受容体（CAR）に統合される。CARは、T細胞と呼ばれる免疫システムの戦士を引き寄せて活性化し、特定の標的を攻撃するように設計された分子である。
研究者らは、この研究で11種類のペプチド標的に対してタンパク質を設計し、そのうち8種類がT細胞反応を誘発することに成功しました。そのうち2種類は、T細胞が標的細胞を死滅させるほどの強力な免疫反応を引き起こしました。
ペプチドの標的には、HIV断片や腫瘍関連タンパク質の変異が含まれていました。
「タンパク質設計の進歩がいかにして個別化されたがん治療を可能にするかを示しました。そして、これらの成果を患者に利益をもたらす実際の治療法に変えるために会社を設立するつもりです」と、この研究の共同筆頭著者でベイカー研究室の博士研究員であるビンシュー・リウ氏は述べた。
2014年以降、タンパク質設計研究所は10社のスタートアップ企業をスピンオフさせ、ベイカー氏は21社のテクノロジー企業を共同設立しました。ベイカー氏が10月にノーベル賞を受賞した際、スウェーデン王立科学アカデミーは「彼の研究グループは、医薬品、ワクチン、ナノ材料、小型センサーなどに利用可能なタンパク質を含む、想像力豊かなタンパク質の創造を次々と生み出してきた」と評価しました。
最新の研究に参加した研究者たちは、この戦略は新たなシナリオにも容易に適応できると説明した。研究チームは数日のうちに、成功したタンパク質の一つをAIを用いて改変し、新たながんやウイルス関連ペプチドを標的とすることに成功した。
このプロセスにより、個人に合わせた治療法の開発コストが大幅に削減される可能性がある。
「これが、現在の最先端のがん治療の恩恵を受けられない世界中の患者にとって、より利用しやすい新たな治療法につながることを期待しています」と、論文の共同筆頭著者でベイカー研究室の大学院生のジュリア・ボンザニーニ氏は述べた。
世界中の研究者は、研究に使用されたオープンソース ソフトウェアにオンラインでアクセスできます。
「ペプチド–MHC-I複合体に対する高特異性バインダーの設計」と題されたサイエンス論文の他の著者は、Nathan Greenwood、Amir Motmaen、Jeremy Meyerberg、Tao Dao、Xinyu Xiang、Russell Ault、Jazmin Sharp、Chunyu Wang、Gian Marco Visani、Dionne Vafeados、Nicole Roullier、Armita Nourmohammad、David Scheinberg、Christopher Garciaです。
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