Bước tiến mới của điều trị ung thư: Trí tuệ nhân tạo giúp tạo ra kháng thể

Một nhóm nghiên cứu do nhà khoa học đoạt giải Nobel – ông David Baker dẫn đầu – đã sử dụng công cụ trí tuệ nhân tạo để tạo ra các kháng thể chức năng mới. Đây được xem là bước đi đột phá giúp đẩy nhanh quá trình phát triển thuốc.

Trong nghiên cứu được công bố mới đây trên tạp chí Nature, các nhà khoa học tại Đại học Washington đã chứng minh cách một mô hình AI sinh tạo có thể được sử dụng để thiết kế các kháng thể hoàn toàn mới – những loại protein do hệ miễn dịch con người sản xuất ra nhằm ngăn chặn các tác nhân gây nhiễm trùng – từ con số không.

Ngành dược phẩm hiện sử dụng rộng rãi kháng thể để phát triển thuốc điều trị, như điều trị ung thư hoặc các bệnh do virus corona gây ra. Tuy nhiên, việc tạo ra các loại protein này bằng máy tính từ lâu vẫn là một thách thức lớn trong thiết kế thuốc.

Ông Baker, người đồng đoạt giải Nobel Hóa học năm ngoái nhờ công trình về thiết kế protein bằng tính toán, gọi phát hiện này là một “bước ngoặt” đối với ngành dược phẩm.

“Đây là một phần của cuộc chuyển đổi lớn trong lĩnh vực công nghệ sinh học, từ các phương pháp chọn lọc ngẫu nhiên và tiến hóa sang thiết kế có chủ đích”, ông nói.

Theo cách làm truyền thống trước đây, việc phát hiện kháng thể tốn kém, nặng nề và mất nhiều thời gian, đòi hỏi cả các thử nghiệm tạo ra miễn dịch ở động vật và sàng lọc phức tạp.

Các nhà khoa học sau đó còn phải chờ hàng tháng để động vật thử nghiệm tạo phản ứng kháng thể, trong khi quá trình này chứa đầy rủi ro thử – sai. Việc sử dụng công cụ AI có thể rút ngắn thời gian này xuống chỉ còn vài tuần, loại bỏ nhu cầu thử nghiệm trên động vật và giúp các nhà nghiên cứu xác định mục tiêu chính xác hơn.

Mô hình AI của nhóm, có tên RFantibody, được phát triển dựa trên một mô hình trước đó của cùng phòng thí nghiệm – vốn dùng để thiết kế protein mới – và được tinh chỉnh bằng dữ liệu bổ sung về kháng thể.

Mô hình này được huấn luyện để tạo ra các kháng thể mới và dự đoán loại nào nên được đưa vào thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, theo ông Joe Watson, nhà nghiên cứu tại Đại học Washington và đồng sáng lập công ty Xaira Therapeutics.

Trong nghiên cứu, nhóm đã thành công trong việc thiết kế các kháng thể có thể liên kết với một loại protein ung thư thực sự. Việc tìm kháng thể chống ung thư vốn rất khó vì sự khác biệt giữa tế bào khối u và tế bào bình thường đôi khi chỉ nằm ở một protein duy nhất.

“Bởi vì chúng tôi biết vị trí của một phần tử, chúng tôi chỉ cần nhấp vào đó và nói với mô hình rằng ‘tôi muốn một kháng thể gắn kết tại vị trí này”, ông Watson giải thích. “Đó là lý do chúng tôi tin rằng đây là tương lai”.

Việc tạo ra các kháng thể chức năng bằng AI là “một thành tựu đáng kinh ngạc,” theo đánh giá của ông Francesco Aprile, Phó giáo sư hóa sinh tại Đại học Imperial College London.

“Kháng thể là những phân tử quan trọng trong nghiên cứu và y học, nhưng quá trình phát triển chúng thường chậm và khó khăn”, ông nói. “Đây là một bước tiến lớn có thể giúp quá trình phát triển kháng thể nhanh hơn, thúc đẩy tiến bộ trong công nghệ sinh học và chăm sóc sức khỏe”.

Cách tiếp cận được hỗ trợ bởi AI này sẽ cần được kiểm nghiệm thêm để xác định liệu nó có thể tạo ra các phương pháp điều trị hoàn chỉnh, hiệu quả cho các bệnh đã thử nghiệm cũng như các mục tiêu khác hay không.

Việc thiết kế kháng thể nhanh hơn chỉ là một phần nhỏ trong quy trình phát triển thuốc kéo dài nhiều năm. Phát hiện này sẽ không rút ngắn được các giai đoạn tốn thời gian sau đó, đặc biệt là các thử nghiệm lâm sàng và quy trình phê duyệt của cơ quan quản lý.