В инновационном исследовании глиобластомы ученые использовали искусственный интеллект (ИИ) для перепрограммирования раковых клеток, превращая их в дендритные клетки (ДК), которые могут распознавать раковые клетки и направлять другие иммунные клетки на их уничтожение.

Глиобластома — самый распространенный рак мозга у взрослых, а также самый смертоносный: менее 10% пациентов выживают в течение пяти лет после постановки диагноза. Хотя новые подходы, такие как иммунотерапия, произвели революцию в лечении других видов рака, они мало что дали пациентам с глиобластомой. Отчасти это связано с тем, что эти труднодоступные опухоли мозга прячутся за гематоэнцефалическим барьером, где иммунные клетки с трудом добираются до них и устраняют.

Однако новое исследование, проведенное под руководством Медицинской школы Кека при Университете Южной Калифорнии, использовало ИИ для изучения того, какие гены контролируют судьбу клетки — например, разовьется ли она в клетку сердца, клетку легких или раковую клетку.

Исследователи определили гены, которые могут перепрограммировать клетки глиобластомы, превращая их в иммунные клетки внутри самой опухоли, чтобы они эффективно уничтожали родственные им раковые клетки .

В мышиных моделях глиобластомы этот подход увеличил шансы на выживание до 75%. Результаты были опубликованы в журнале Cancer Immunology Research .

«Это новаторское исследование использует возможности ИИ для трансформации клеток глиобластомы в иммуноактивирующие клетки, что является значительным достижением в иммунотерапии рака», — сказал ведущий автор исследования Дэвид Тран, доктор медицинских наук, доцент кафедры нейрохирургии и неврологии и руководитель отделения нейроонкологии в Медицинской школе Кека.

«Настраивая собственные клетки рака против него самого, мы прокладываем путь к более эффективным методам лечения и даем новую надежду пациентам, борющимся с этим и многими другими агрессивными видами рака».

В дополнение к своей работе на животных моделях, исследователи использовали ИИ для идентификации набора генов, которые могут преобразовывать клетки глиобластомы человека в иммунные клетки. В будущем ученые могли бы доставлять этот генетический материал пациентам с глиобластомой, встраивая его в безвредный вирус, инструмент, известный как вирусный вектор.

«Заставить клетку с 20 000 генов стать чем-то другим невероятно сложно. Используя традиционные молекулярные подходы, это было бы почти невозможно сделать», — сказал Тран, который также является соруководителем Центра опухолей мозга USC в USC Norris Comprehensive Cancer Center. «ИИ помогает нам ответить на некоторые важные вопросы и дает нам мощный способ научиться манипулировать судьбой клетки».

Управление судьбой клетки
ДК играют центральную роль в активации иммунного ответа: они берут антигены (например, из раковой клетки) и представляют их другим иммунным клеткам , включая армии Т-клеток, эффективно запуская полномасштабную атаку.

Данные свидетельствуют о том, что ДК могут бороться с глиобластомой, но ученые пока не нашли надежного способа, который позволил бы им преодолеть гематоэнцефалический барьер и попасть во враждебную среду опухоли. Перепрограммируя раковые клетки, уже находящиеся внутри опухоли, Тран и его команда обошли эту серьезную проблему.

При манипулировании судьбой клетки одним из важных соображений является специфичность. Например, преобразование здоровых клеток мозга в ДК может уменьшить опухоль мозга, но вызвать проблемы со здоровьем.

«Мы не хотим давать пациенту что-то, что может преобразовать все виды клеток в ДК», — сказал Тран.

Система машинного обучения, которую он и его команда разработали, смогла запросить десятки тысяч генов и миллионы связей ген-ген и определить те, которые могут специально нацеливаться на клетки глиобластомы и перепрограммировать их так, чтобы они напоминали ДК. Этот метод, основанный на ИИ, отличается от предыдущих исследований, в которых использовался так называемый эмпирический подход для ручного определения генов, которые контролируют судьбу клетки.

«Высокая вычислительная мощность ИИ действительно помогает нам ускорить процесс открытия новых возможностей», — сказал Тран.

При использовании наряду с другими иммунотерапиями перепрограммирование клеток глиобластомы значительно повысило иммунный ответ и выживаемость в мышиных моделях глиобластомы. В сочетании с терапией иммунных контрольных точек новый подход повысил шансы на выживание на 75%.

В сочетании с классической вакциной DC новый подход удвоил шансы на выживание. (При использовании по отдельности ни терапия иммунными контрольными точками, ни вакцина DC не увеличили шансы на выживание у пациентов с глиобластомой.)

Переходим к клиническим испытаниям
В дополнение к концептуальному исследованию на мышах, исследователи использовали свою систему ИИ для идентификации набора человеческих генов, которые могут преобразовывать клетки человеческой глиобластомы в клетки, напоминающие ДК. Далее они планируют доработать этот список, упаковать генетический материал в вирусный вектор и начать начальный раунд испытаний безопасности и эффективности на животных моделях.

«Мы хотим расширить поиск, используя ИИ, чтобы он помог нам находить наилучшие возможные комбинации по мере приближения испытаний на пациентах», — сказал Тран.

Если подход будет признан безопасным и эффективным (то есть он улучшит результаты лечения моделей глиобластомы и не вызовет неожиданных побочных эффектов), Тран и его команда через несколько лет подадут заявку на одобрение, чтобы начать клинические испытания на пациентах.

В дальнейшем они также надеются использовать свою модель ИИ для поиска генов, которые могут перепрограммировать другие типы раковых клеток, чтобы они вели себя как ДК.