Een nieuw AI-systeem kan de zoektocht naar nieuwe medicijnen drastisch versnellen. Processen die vroeger weken of langer duurden, kunnen er in slechts enkele uren mee worden uitgevoerd.
De ontwikkeling van een nieuw medicijn begint vaak met een zoektocht naar moleculen die aan een specifiek eiwit in je lichaam kunnen binden. Je zoekt eigenlijk de juiste sleutel (het medicijn) voor een bepaald slot (het eiwit dat betrokken is bij een ziekte).
Tot nu toe gebruikten onderzoekers vaak computersimulaties om virtueel te testen welke moleculen op elkaar zouden kunnen passen. Maar dat was niet eenvoudig. Het kost enorm veel rekenkracht om alle mogelijke combinaties te checken. Een zoektocht naar kandidaatmedicijnen voor één enkel eiwit duurt vaak weken, waarbij duizenden computerkernen non-stop moeten draaien.
Deze nieuwe techniek, DrugCLIP genaamd, moet daar verandering in brengen. In plaats van elk molecuul apart te simuleren, leert de AI om eiwitten en moleculen als het ware te ‘begrijpen’. Vervolgens matcht die ze op basis van hun eigenschappen.
Al in de praktijk getest
Het resultaat, aldus de onderzoekers in hun paper in vakblad Science: een snelheidswinst van wel een factor tien miljoen voor de virtuele screening van potentiële medicijnen. Dat kan omdat DrugCLIP simultaan duizenden eiwitten kan matchen met miljoenen verschillende potentiële medicijnmoleculen.
Dit is niet alleen theoretisch. De onderzoekers lieten DrugCLIP tijdens proeven zoeken naar moleculen die zouden kunnen werken tegen drie verschillende doelwitten. Voor een serotoninereceptor (een eiwit in je hersenen dat betrokken is bij depressie) vond de AI acht veelbelovende kandidaten. De beste daarvan bleek in labexperimenten zeer sterk aan het doelwit te binden.
Bij een ander doelwit, de noradrenaline-transporter (ook belangrijk bij depressie en ADHD), scoorde de AI een trefkans van 15 procent. Dat klinkt misschien laag, maar in de wereld van medicijnonderzoek is dat uitstekend. Twaalf van de gevonden moleculen werkten beter dan bupropion, een bestaand antidepressivum.
Voorspelde eiwitstructuren
DrugCLIP werkt ook met eiwitstructuren die nog niet in het lab in kaart zijn gebracht, maar die wel al voorspeld zijn door andere AI-systemen zoals AlphaFold. Dat zet de deur op een kier voor screenings van eiwitten waarvan we de exacte vorm nog niet experimenteel kennen.
Om dit te demonstreren, richtten de onderzoekers zich op TRIP12. Dat is een eiwit dat mogelijk betrokken is bij kanker en neurologische ziekten. Er bestonden nog geen bekende remmers voor dit eiwit. DrugCLIP vond meerdere moleculen die in labexperimenten daadwerkelijk de werking van TRIP12 blokkeerden, een primeur.
Groot deel van de menselijke eiwitcollectie gescreend
Als klap op de vuurpijl screenden de onderzoekers maar liefst 500 miljoen potentiële medicijnmoleculen tegen zo’n 10.000 menselijke eiwitten. Dat zijn biljoenen combinaties. Met acht grafische kaarten (GPU’s) was deze karwei in 24 uur geklaard.
Het resultaat is een database met meer dan twee miljoen veelbelovende combinaties van moleculen en eiwitten. Die databank is gratis beschikbaar voor andere onderzoekers, zodat zij niet telkens van nul hoeven te beginnen.
Wat betekent dit?
Van de ongeveer 20.000 eiwitten waarvoor ons DNA codeert, zijn er veel betrokken bij ziekten. Toch heeft slechts zo’n 10 procent daarvan een goedgekeurd medicijn of een bekende stof die eraan bindt. De rest is grotendeels onontgonnen terrein. Met tools als DrugCLIP wordt het haalbaar om die blinde vlekken systematisch te verkennen.
Dat wil niet zeggen dat we morgen nieuwe wondermedicijnen hebben. De gevonden moleculen zijn startpunten, geen eindproducten. Ze moeten nog worden geoptimaliseerd, uitgebreid getest en door klinische proeven worden geloodst. Maar de eerste stap, het vinden van een molecuul dat überhaupt aan je doelwit bindt, wordt met dit soort AI-hulpmiddelen een stuk minder zoeken naar een speld in een hooiberg.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Medische revolutie? AI kan het risico op honderden ziektes tien jaar vooruit voorspellen en Kunnen we met dit medicijn de strijd tegen cocaïneverslaving winnen?. Of lees dit artikel: Pfizer zocht een hartmedicijn maar vond iets anders: stevigere erecties. Dit is het verhaal van sildenafil, Wales en serendipiteit in de geneeskunde..
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
