Search
התקפים עשויים להיות אחראים לכמה מקרי מוות פתאומיים בילדים, כך עולה ממחקר

מהנדסי דוכס מפתחים פלטפורמת AI למיקוד חלבוני מחלות בלתי ניתנים להערכה

מהנדסים ביו-רפואיים באוניברסיטת דיוק פיתחו פלטפורמה מבוססת AI המתכננת חלבונים קצרים, המכונים פפטידים, המסוגלים לקשור ולהשמיד חלבונים שגורמים למחלות בעבר. בהשראת מודל דור התמונות של Openai, האלגוריתם החדש שלהם יכול לתעדף במהירות פפטידים לבדיקה ניסיונית.

היצירה הופיעה ב -22 בינואר בכתב העת התקדמות מדעית.

גישה אחת לטיפול במחלות היא פיתוח טיפולים שיכולים למקד באופן ספציפי ולהשמיד את החלבונים המניעים אותה. לפעמים חלבוני המפתח הללו בעלי מבנים מוגדרים היטב, כמו מנוף אוריגמי מקופל בקפידה, כך שטיפולי מולקולות קטנות קונבנציונאליות יכולות בקלות להיקשר אליהם. אולם יותר מ- 80% מהחלבונים הגורמים למחלות דומים במקום זאת לכדור מבולגן של חוט-מופרז וסבוך-מה שמקשה על טיפולים סטנדרטיים להפליא למצוא כיס על פני השטח כדי לתפוס עליו ולעשות את עבודתם.

כדי לעקוף סוגיה זו, החוקרים בדקו כיצד ניתן להשתמש בפפטידים כדי להיקשר ולהשפיל חלבונים הגורמים למחלות. מכיוון שפפטידים הם גרסאות קטנות של חלבונים, הם אינם דורשים כיסי שטח לצורך כריכה. במקום זאת, הם יכולים להיקשר לרצפי חומצות אמינו שונות ברחבי החלבון. אך אפילו לגישות אלה יש את הגבולות שלהן, שכן קלסרים "מחוץ למדף" קיימים לא תוכננו לחבר למבני חלבון לא יציבים או סבוכים מדי. בעוד שמדענים עבדו על פיתוח חלבונים מחייבים חדשים, גישות אלה עדיין מסתמכות על מיפוי המידע המבני התלת -ממדי של חלבון היעד, שאינם זמינים ליעדים מופרעים.

במקום לנסות למפות את המבנים של החלבונים הגורמים למחלות, Pranam Chatterjee, פרופסור להנדסה ביו-רפואית בדוכס, וצוותו לקח השראה מדגמי שפה גדולה של דוריים (LLMS) כדי ליצור פיתרון. התוצאה היא PEPPRCLIP, או סדרי עדיפויות של פפטיד באמצעות קליפ. המרכיב הראשון בכלי שלהם – PEPPR – משתמש באלגוריתם גנריי המאומן בספריה עצומה של רצפי חלבון טבעיים לעיצוב חלבונים 'מדריך' חדשים עם מאפיינים שצוינו. הקליפ, המרכיב השני בפלטפורמה שלהם, משתמש במסגרת אלגוריתם, שפותחה בתחילה על ידי Openai כדי להתאים לתמונות כותרות תואמות יחד, לבחון ולקרן אילו מהפפטידים הללו תואמים את החלבונים הממוקדים שלהם. דגם הקליפ, כאן, דורש רק את רצף היעד.

אלגוריתם הקליפ של Openai מחבר בין שפה לתמונה. אם יש לך טקסט שאומר 'כלב', עליך לקבל תמונה של כלב. במקום שפה ודימוי, אימננו אותה כדי להתאים לפפטידים ולחלבונים. PEPPR מייצר את הפפטידים, ואלגוריתם ה- CLIP המותאם שלנו יקרן את אותם פפטידים ויגידו לנו אילו מהווים התאמה טובה. "

Pranam Chatterjee, עוזר פרופסור להנדסה ביו -רפואית בדוכס

בהשוואה בין RFDiffusion, פלטפורמה קיימת לייצור פפטידים באמצעות מבנה התלת -ממדי של יעד, Pepprclip הייתה מהירה יותר והצליחה ליצור פפטידים שהיו כמעט תמיד התאמה טובה יותר לחלבון הממוקד שלהם. כדי לאמוד כמה טוב פפרקליפ יכול לעבוד עם יעדי חלבון מסודרים וגם לא מסודרים, צ'טרג'י והמעבדה שלו התחברו עם צוותי חוקרים מבית הספר לרפואה באוניברסיטת דיוק, אוניברסיטת קורנל, ומכון הגילוי הרפואי של סנפורד ברנהאם פרבי כדי לבחון בניסוי את הפלטפורמה.

במבחן הראשון, הצוות הראה כי פפטידים שנוצרו על ידי PEPPRCLIP יכולים באופן יעיל להיקשר ולמעכב את הפעילות של Ultraid, חלבון אנזים פשוט יחסית ויציב. בשלב הבא הם השתמשו ב- pepprclip כדי לתכנן פפטידים שיכולים להצטרף לבטא-קטנין, חלבון מורכב ומורכב המעורב באיתות למספר סוגים שונים של סרטן. הצוות יצר שישה פפטידים שהקליפ ציין יכולים להיקשר לחלבון והראה כי ארבעה יכולים בקשרה יעילה ולהשפיל את היעד שלהם. על ידי השמדת החלבון הם יכולים להאט את איתות תאי הסרטן.

בבדיקה המסובכת ביותר שלהם, הצוות עיצב פפטידים שיכולים להיקשר לחלבון לא מופרז מאוד המזוהה עם סרקומה סינוביאלית, סרטן נדיר ואגרסיבי שיכול להתפתח ברקמות רכות ומשפיע בעיקר על ילדים ומבוגרים צעירים. ולדברי צ'טרג'י, "זה כמו קערה של ספגטי. זה החלבון הכי לא מופרע בעולם."

הצוות בדק 10 עיצובים על ידי הכנסת הפפטידים שלהם לתאי סרקומה סינוביאליים. הם הבחינו כי הפפטידים המעוצבים על ידי PEPPRCLIP יכולים גם לקשור את החלבון ולהשפיל את החלבון, בדיוק כמו שהיה עם יעדים פשוטים יותר. ואם הם יכולים להרוס את החלבון, יש להם הזדמנות לפתח טיפול לסרטן בעבר שלא ניתן להגיש.

מעבר לתוכניות להמשיך ולשפר את הפלטפורמה שלהם, צ'טרג'י וצוותו מתכננים לשתף פעולה עם אנשי מקצוע רפואיים ותעשייתיים כדי להתחיל ליצור פפטידים שיכולים לשמש בסופו של דבר בטיפולים חדשים למחלות הנגרמות על ידי חלבונים לא יציבים כמו מחלת אלכסנדר, מחלה נוירולוגית קטלנית הפוגעת בעיקר ילדים וסוגים שונים של סרטן.

"חלבונים מורכבים ומופרעים אלה גרמו להרבה סרטן ומחלות כמעט בלתי ניתנות להתמודדות מכיוון שלא יכולנו לתכנן מולקולות הנקשרות להם", אמר צ'טרג'י. אבל Pepprclip הראה שזה יכול לעבוד אפילו על החלבון המסובך ביותר, וזה פותח הרבה אפשרויות קליניות מרגשות.

דילוג לתוכן