Forskere har udviklet et nyt maskinlæringssystem, der kan hjælpe med at bevare vacciner, blod og andre medicinske behandlinger.
Den forskningsom er offentliggjort i Nature Communications, blev ledet af University of Warwick og University of Manchester.
AI-systemet hjælper med at identificere molekyler, der kaldes kryoprotektanter - forbindelser, der forhindrer skader ved nedfrysning af biologisk materiale.
Kryobeskyttelsesmidler er særlige stoffer, der hjælper med at beskytte levende celler og væv mod skader, når de nedfryses.
De virker ved at forhindre dannelsen af skadelige iskrystaller, som i bund og grund ødelægger vævet, når man fryser det, og de hjælper også cellerne med at bevare deres struktur i ekstrem kulde.
Disse forbindelser er fundamentalt vigtige for at bevare ting som vacciner, blodprøver og reproduktive celler til langtidsopbevaring eller transport.
Cryopresevants kan en dag bruges til at bevare organer, komplekse væv eller endda hele mennesker.
I øjeblikket er det en langsom proces med forsøg og fejl at finde nye kryobeskyttende stoffer. Denne nye ML-drevne tilgang gør det muligt for forskere hurtigt at screene hundredvis af potentielle molekyler virtuelt.
Her er nogle af de vigtigste punkter i undersøgelsen:
- Teamet skabte en maskinlæringsmodel, der blev trænet på data fra eksisterende kryobeskyttelsesmidler.
- Denne model kan forudsige, hvor godt nye molekyler kan fungere som kryobeskyttere.
- Forskerne brugte modellen til at screene et bibliotek med ca. 500 aminosyrer.
- Systemet identificerede flere lovende forbindelser, herunder en aminooxazolester, der klarede sig bedre end mange kendte kryobeskyttelsesmidler.
- Laboratorietest bekræftede AI'ens forudsigelser, idet den nye forbindelse viste stærk forebyggelse af iskrystaller.
- Det opdagede molekyle forbedrede bevarelsen af røde blodlegemer, når det blev kombineret med standardteknikker.
Den aminooxazolester, der blev identificeret i undersøgelsen, udviste særligt bemærkelsesværdige isrekrystallisationshæmmende (IRI) egenskaber. Den forhindrede næsten helt iskrystaller i at vokse sig større under fryseprocessen.
Forbindelsen var effektiv, selv når forskerne sænkede koncentrationen. Desuden bevarede det også sine ishæmmende egenskaber i fosfatbufferet saltvand (PBS), en opløsning, der efterligner saltkoncentrationen i menneskekroppen.
Dr. Matt Warren, den ph.d.-studerende, der har stået i spidsen for projektet, beskriver, hvordan modellen øger effektiviteten: "Efter mange års arbejdskrævende dataindsamling i laboratoriet er det utroligt spændende nu at have en maskinlæringsmodel, der muliggør en datadrevet tilgang til forudsigelse af kryobeskyttende aktivitet."
Professor Matthew Gibson fra Manchester tilføjer: "Resultaterne af computermodellen var forbløffende og identificerede aktive molekyler, som jeg aldrig ville have valgt, selv med min mangeårige ekspertise."
Professor Gabriele Sosso, som ledede Warwick-holdet, forklaret i et blogindlæg at selv om maskinlæring er imponerende, er det ikke en universalløsning på denne type forskningsproblemer: "Det er vigtigt at forstå, at maskinlæring ikke er en magisk løsning på alle videnskabelige problemer. I dette arbejde brugte vi det som et værktøj blandt mange andre."
Forskerne kombinerede AI-forudsigelserne med molekylære simuleringer og laboratorieeksperimenter - en flerstrenget tilgang, der hjalp med at validere resultaterne og forfine modellen.
Det bidrager til en række AI-drevne undersøgelser af lægemiddelopdagelse og materialedesign. Forskere har bygget AI-modeller til at generere interessante Medicinske forbindelserhvoraf den ene har været bragt til klinisk afprøvning.
DeepMind skabte også en model ved navn GNoME i stand til automatisk at generere og syntetisere materialer.
De nye kryobeskyttende stoffer, der er opdaget, kan få stor betydning i den virkelige verden.
Forskerne beskriver for eksempel, hvordan forbedret kryokonservering kan forlænge vacciners holdbarhed og gøre det lettere at transportere følsomme medicinske behandlinger til fjerntliggende områder.
Teknikken kan også fremskynde blodtransfusioner ved at reducere den tid, det tager at behandle frosset blod.
Selv om resultaterne er lovende, advarer teamet om, at der er behov for mere arbejde for fuldt ud at forstå, hvordan disse nye forbindelser fungerer, og for at sikre medicinsk sikkerhed og stabilitet.
