AI en menselijke wetenschappers werken samen om nieuwe combinaties van kankermedicijnen te ontdekken

AI en menselijke wetenschappers werken samen om nieuwe combinaties van kankermedicijnen te ontdekken

Een ‘AI-wetenschapper’ die samenwerkt met menselijke wetenschappers heeft ontdekt dat combinaties van goedkope en veilige medicijnen – gebruikt om aandoeningen zoals een hoog cholesterolgehalte en alcoholverslaving te behandelen – ook effectief kunnen zijn bij de behandeling van kanker, een veelbelovende nieuwe aanpak voor het ontdekken van medicijnen.

Het door de Universiteit van Cambridge geleide onderzoeksteam gebruikte het GPT-4 grote taalmodel (LLM) om verborgen patronen te identificeren die verborgen liggen in de bergen van wetenschappelijke literatuur om potentiële nieuwe kankermedicijnen te identificeren.

Om hun aanpak te testen, leidden onderzoekers GPT-4 om potentiële nieuwe medicijncombinaties te identificeren die een aanzienlijke impact zouden kunnen hebben op een borstkankercellijn die vaak wordt gebruikt in medisch onderzoek. Ze gaven opdracht om standaardmedicijnen tegen kanker te vermijden, medicijnen te identificeren die kankercellen aanvallen zonder gezonde cellen te beschadigen, en prioriteit te geven aan medicijnen die betaalbaar zijn en goedgekeurd door toezichthouders.

De door GPT-4 voorgestelde medicijncombinaties werden vervolgens door menselijke wetenschappers getest, zowel in combinatie als individueel, om hun effectiviteit tegen borstkankercellen te meten.

In de eerste laboratoriumtest werkten drie van de twaalf voorgestelde medicijncombinaties van GPT-4 beter dan de huidige medicijnen tegen borstkanker. De LLM leerde vervolgens van deze tests en stelde nog eens vier combinaties voor, waarvan er drie ook veelbelovende resultaten lieten zien.

De resultaten, gerapporteerd in deTijdschrift van de Royal Society Interfacevertegenwoordigen het eerste exemplaar van een gesloten-lussysteem waarin experimentele resultaten een LLM aanstuurden, en LLM-outputs - geïnterpreteerd door menselijke wetenschappers - verdere experimenten begeleidden. De onderzoekers zeggen dat tools zoals LLM's wetenschappers niet zullen vervangen, maar in plaats daarvan AI-onderzoekers zouden kunnen begeleiden, met het vermogen om ontdekkingen op gebieden als kankeronderzoek te ontwikkelen, aan te passen en te versnellen.

Vaak retourneren LLM's zoals GPT-4 resultaten die niet waar zijn, ook wel hallucinaties genoemd. In wetenschappelijk onderzoek kunnen hallucinaties echter soms een voordeel zijn als ze leiden tot nieuwe ideeën die de moeite waard zijn om te testen.

“Toezichthoudende LLM’s bieden een schaalbare, fantasierijke laag van wetenschappelijk onderzoek en kunnen ons als menselijke wetenschappers helpen nieuwe wegen te onderzoeken waar we nog niet eerder aan hadden gedacht”, zegt professor Ross King van de afdeling Chemische Technologie en Biotechnologie in Cambridge, die het onderzoek leidde. "Dit kan nuttig zijn op gebieden zoals de ontdekking van geneesmiddelen, waar vele duizenden verbindingen moeten worden gescreend."

Op basis van input van menselijke wetenschappers selecteerde GPT-4 medicijnen op basis van de wisselwerking tussen biologisch denken en verborgen patronen in de wetenschappelijke literatuur.

Dit is geen automatisering die wetenschappers vervangt, maar een nieuwe manier van samenwerken. Geleid door aanwijzingen van deskundigen en experimentele feedback fungeerde de AI als een onvermoeibare onderzoekspartner, die door een immense ruimte van hypothesen navigeerde en ideeën suggereerde waar mensen langer over zouden doen om ze op eigen kracht te verwezenlijken. “

Dr. Hector Zenil, co-auteur van King's College London

De hallucinaties – die normaal gesproken als gebreken worden beschouwd – werden een kenmerk, waardoor onconventionele combinaties ontstonden die de moeite waard waren om in het laboratorium te testen en te valideren. De menselijke wetenschappers onderzochten de mechanistische redenen waarom de LLM deze combinaties in de eerste plaats voorstelde, waardoor het systeem in meerdere iteraties heen en weer werd gevoerd.

Door subtiele synergieën en over het hoofd geziene routes te onderzoeken, heeft GPT-4 geholpen zes veelbelovende medicijnparen te identificeren, allemaal getest via laboratoriumexperimenten. Van de combinaties vielen simvastatine (vaak gebruikt om het cholesterol te verlagen) en disulfiram (gebruikt bij alcoholverslaving) op in vergelijking met borstkankercellen. Sommige van deze combinaties laten het potentieel zien voor verder onderzoek naar therapeutisch herstel.

Deze medicijnen, hoewel traditioneel niet geassocieerd met kankerzorg, zouden potentiële kankerbehandelingen kunnen zijn, hoewel ze eerst grootschalige klinische onderzoeken zouden moeten uitvoeren.

“Deze studie laat zien hoe AI rechtstreeks kan worden geïntegreerd in de iteratieve lus van wetenschappelijke ontdekkingen, waardoor de op data gebaseerde hypothesen in realtime kunnen worden gegenereerd en gevalideerd”, aldus Zenil.

"Het vermogen van onder toezicht staande LLM's om hypothesen over verschillende disciplines voor te stellen, eerdere bevindingen in overweging te nemen en samen te werken aan iteraties over een nieuwe grens in wetenschappelijk onderzoek," zei King. “Een AI-wetenschapper is niet langer een metafoor zonder experimentele validatie: hij kan nu een medewerker zijn in het wetenschappelijke proces.”

Het onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door de Alice Wallenberg Foundation en de UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Bronnen: