L’intelligenza artificiale e gli scienziati umani lavorano insieme per scoprire nuove combinazioni di farmaci contro il cancro

L’intelligenza artificiale e gli scienziati umani lavorano insieme per scoprire nuove combinazioni di farmaci contro il cancro

Uno “scienziato dell’intelligenza artificiale” che lavora in collaborazione con scienziati umani ha scoperto che combinazioni di farmaci economici e sicuri – usati per trattare condizioni come il colesterolo alto e la dipendenza da alcol – potrebbero essere efficaci anche nel trattamento del cancro, un nuovo approccio promettente alla scoperta di farmaci.

Il gruppo di ricerca guidato dall’Università di Cambridge ha utilizzato il modello LLM (Large Language Model) GPT-4 per identificare modelli nascosti sepolti tra le montagne della letteratura scientifica per identificare potenziali nuovi farmaci antitumorali.

Per testare il loro approccio, i ricercatori hanno guidato GPT-4 per identificare potenziali nuove combinazioni di farmaci che potrebbero avere un impatto significativo su una linea cellulare di cancro al seno comunemente utilizzata nella ricerca medica. Lo hanno indirizzato a evitare i farmaci antitumorali standard, a identificare i farmaci che attaccano le cellule tumorali senza danneggiare le cellule sane e a dare priorità ai farmaci che erano convenienti e approvati dalle autorità di regolamentazione.

Le combinazioni di farmaci proposte da GPT-4 sono state poi testate da scienziati umani sia in combinazione che individualmente per misurare la loro efficacia contro le cellule del cancro al seno.

Nel primo test di laboratorio, tre delle 12 combinazioni di farmaci proposte da GPT-4 hanno funzionato meglio degli attuali farmaci per il cancro al seno. L'LLM ha poi imparato da questi test e ha proposto altre quattro combinazioni, tre delle quali hanno mostrato risultati promettenti.

I risultati, riportati nelUfficiale dell'interfaccia della Royal Societyrappresentano il primo esempio di un sistema a circuito chiuso in cui i risultati sperimentali hanno guidato un LLM e i risultati dell'LLM, interpretati da scienziati umani, hanno guidato ulteriori esperimenti. I ricercatori affermano che strumenti come i LLM non sostituiranno gli scienziati, ma potrebbero invece supervisionare i ricercatori sull’intelligenza artificiale, con la capacità di emergere, adattarsi e accelerare la scoperta in aree come la ricerca sul cancro.

Spesso gli LLM come GPT-4 restituiscono risultati che non sono veri sono noti come allucinazioni. Tuttavia, nella ricerca scientifica, le allucinazioni a volte possono essere un vantaggio se portano a nuove idee che vale la pena testare.

“I LLM di supervisione forniscono uno strato scalabile e fantasioso di esplorazione scientifica e possono aiutarci come scienziati umani a indagare nuove strade a cui non avevamo mai pensato in precedenza”, ha affermato il professor Ross King del Dipartimento di ingegneria chimica e biotecnologia di Cambridge, che ha guidato la ricerca. “Ciò può essere utile in settori come la scoperta di farmaci, dove è necessario sottoporre a screening molte migliaia di composti”.

Sulla base del contributo di scienziati umani, GPT-4 ha selezionato farmaci basati sull’interazione tra pensiero biologico e modelli nascosti nella letteratura scientifica.

Non si tratta di un’automazione che sostituisce gli scienziati, ma di un nuovo modo di collaborare. Guidata dai suggerimenti degli esperti e dal feedback sperimentale, l’intelligenza artificiale ha agito come un instancabile partner di ricerca, esplorando un immenso spazio di ipotesi e suggerendo idee che gli esseri umani avrebbero impiegato più tempo a realizzare da soli. “

Dr. Hector Zenil, coautore del King's College di Londra

Le allucinazioni – normalmente considerate difetti – diventano una caratteristica, creando combinazioni non convenzionali da testare e validare in laboratorio. Gli scienziati umani hanno esaminato le ragioni meccanicistiche per cui il LLM ha suggerito queste combinazioni in primo luogo, alimentando il sistema avanti e indietro in molteplici iterazioni.

Esplorando sottili sinergie e percorsi trascurati, GPT-4 ha contribuito a identificare sei coppie di farmaci promettenti, tutti testati attraverso esperimenti di laboratorio. Tra le combinazioni, la simvastatina (comunemente usata per abbassare il colesterolo) e il disulfiram (usato nella dipendenza da alcol) si sono distinti contro le cellule del cancro al seno. Alcune di queste combinazioni mostrano il potenziale per ulteriori ricerche sulla riparazione terapeutica.

Questi farmaci, sebbene non tradizionalmente associati alla cura del cancro, potrebbero essere potenziali trattamenti contro il cancro, anche se prima dovrebbero essere condotti studi clinici su larga scala.

“Questo studio mostra come l’intelligenza artificiale può essere integrata direttamente nel ciclo iterativo della scoperta scientifica, consentendo la generazione e la convalida di ipotesi basate sui dati in tempo reale”, ha affermato Zenil.

"La capacità dei LLM supervisionati di proporre ipotesi attraverso le discipline, considerare i risultati precedenti e collaborare su iterazioni attraverso una nuova frontiera nella ricerca scientifica", ha affermato King. “Uno scienziato dell’intelligenza artificiale non è più una metafora senza validazione sperimentale: ora può essere un collaboratore nel processo scientifico”.

La ricerca è stata sostenuta in parte dalla Fondazione Alice Wallenberg e dal Consiglio di ricerca in ingegneria e scienze fisiche del Regno Unito (EPSRC).

Fonti: