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丹麦技术大学的研究人员开发出一款 AI 平台,能够定制蛋白质组件并武装患者免疫细胞以对抗癌症,这标志着大规模精准癌症治疗迈出了关键一步。这项发表在《科学》期刊上的研究首次证明,可以在计算机中设计蛋白质,通过 pMHC 分子将免疫细胞重新定向以靶向癌细胞,将寻找有效癌症治疗分子的过程从几年大幅缩短到几周。
“ 我们本质上是在为免疫系统创造一组新的眼睛。目前的个体化癌症治疗方法基于在患者或捐赠者的免疫系统中寻找可用于治疗的所谓 T 细胞受体。这是一个非常耗时且具有挑战性的过程。我们的平台使用 AI 设计分子钥匙来靶向癌细胞,并且以惊人的速度完成,因此新的先导分子可以在 4 - 6 周内准备好,” 丹麦技术大学副教授、该研究的最后一位作者 Timothy P. Jenkins 解释道。
由丹麦技术大学和美国斯克里普斯研究所的团队开发的 AI 平台,旨在通过展示科学家如何生成针对肿瘤细胞的靶向治疗并避免损伤健康组织,来解决癌症免疫治疗中的一个重大挑战。通常情况下,T 细胞通过识别由 pMHC 分子呈现在细胞表面的特定蛋白质片段(称为肽)来自然识别癌细胞。利用这些知识进行治疗是一个缓慢且具有挑战性的过程,通常是因为人体自身 T 细胞受体的多样性使得创建个性化治疗变得困难。
在研究中,研究人员在众所周知的癌症靶点 NY-ESO- 1 上测试了 AI 平台的能力,该靶点存在于多种癌症中。该团队成功设计了一种与 NY-ESO-1 pMHC 分子紧密结合的微型结合剂。当设计的蛋白质插入 T 细胞时,研究人员创造了一种名为 ’IMPAC-T’ 细胞的独特新细胞产品,在实验室实验中有效地引导 T 细胞杀死癌细胞。
“ 看到这些完全在计算机上创建的微型结合剂在实验室中如此有效地工作,真是令人兴奋,” 该研究的合著者、丹麦技术大学研究员 Kristoffer Haurum Johansen 博士后表示。
研究人员还应用该管道为一名转移性黑色素瘤患者中识别的癌症靶点设计了结合剂,并成功生成了该靶点的结合剂。这证明了该方法也可以用于针对新癌症靶点的定制免疫治疗。
研究人员创新中的一个关键步骤是开发了 ” 虚拟安全检查 ”。该团队使用 AI 筛选他们设计的微型结合剂,并评估它们与健康细胞上发现的 pMHC 分子的关系。这种方法使他们在进行任何实验之前能够过滤掉可能引起危险副作用的微型结合剂。
“ 癌症治疗中的精准度至关重要。通过在设计阶段预测并排除交叉反应,我们能够降低与设计蛋白质相关的风险,并增加设计安全有效治疗的可能性,” 丹麦技术大学教授、该研究的合著者 Sine Reker Hadrup 强调。
Timothy Patrick Jenkins 预计,新方法将在五年内准备好进行初步人体临床试验。一旦该方法准备就绪,治疗过程将类似于目前使用基因改造 T 细胞(称为 CAR- T 细胞)的癌症治疗,目前用于治疗淋巴瘤和白血病。患者将首先在医院进行抽血,类似于常规血液检查。然后从该血液样本中提取他们的免疫细胞,并在实验室中进行改造,以携带 AI 设计的微型结合剂。这些增强的免疫细胞被返回给患者,在那里它们像定向导弹一样,精确地找到并消除体内的癌细胞。