Η τεχνητή νοημοσύνη εντόπισε πιθανό φάρμακο για την οστεοαρθρίτιδα

Η πειραματική ουσία M04 περιόρισε τη φλεγμονή και ενίσχυσε την υγεία ανθρώπινων κυττάρων χόνδρου

Έναν πιθανό νέο δρόμο για τη θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας ανοίγει έρευνα του Πανεπιστημίου Επιστημών Υγείας της Γιούτα, η οποία συνδύασε γενετικά δεδομένα με εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης.

Οι επιστήμονες εξέτασαν υπολογιστικά περίπου 500.000 χημικές ενώσεις και κατέληξαν σε έξι υποψήφιες ουσίες. Μία από αυτές, η M04, παρουσίασε ενθαρρυντικά αποτελέσματα όταν δοκιμάστηκε σε ανθρώπινα κύτταρα χόνδρου στο εργαστήριο.

Η ουσία περιόρισε τη δραστηριότητα γονιδίων που συνδέονται με τη φλεγμονή και, ταυτόχρονα, ενίσχυσε γονίδια που βοηθούν τα κύτταρα των αρθρώσεων να παραμένουν υγιή.

Η ανακάλυψη βρίσκεται, ωστόσο, σε πολύ πρώιμο στάδιο. Η M04 δεν αποτελεί εγκεκριμένο φάρμακο και δεν έχει ακόμη ελεγχθεί για την ασφάλεια ή την αποτελεσματικότητά της σε ζωντανούς οργανισμούς.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό ACSOmega.

Οι σημερινές θεραπείες αντιμετωπίζουν κυρίως τον πόνο

Η οστεοαρθρίτιδα είναι μια χρόνια πάθηση κατά την οποία ο χόνδρος και οι υπόλοιποι ιστοί της άρθρωσης φθείρονται σταδιακά. Μπορεί να προκαλέσει πόνο, δυσκαμψία και περιορισμό της κίνησης, επηρεάζοντας σημαντικά την καθημερινότητα των ασθενών.

Παρά το γεγονός ότι αποτελεί μία από τις κυριότερες αιτίες αναπηρίας, οι διαθέσιμες θεραπευτικές επιλογές παραμένουν περιορισμένες.

Τα φάρμακα χρησιμοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο του πόνου και της φλεγμονής, χωρίς να ανακόπτουν απαραίτητα την εξέλιξη της βλάβης στην άρθρωση. Σε προχωρημένα στάδια μπορεί να χρειαστεί χειρουργική αντικατάσταση της άρθρωσης.

Η ερευνητική ομάδα επιδιώκει να αναπτύξει μια θεραπεία που θα παρεμβαίνει στους ίδιους τους μηχανισμούς της νόσου. Ακόμη και η καθυστέρηση της εξέλιξης για 10 ή 20 χρόνια θα μπορούσε, σύμφωνα με τους επιστήμονες, να προσφέρει σημαντικό όφελος στους ασθενείς.

Το γενετικό στοιχείο που οδήγησε στην ανακάλυψη

Η έρευνα βασίστηκε σε προηγούμενη μελέτη οικογενειών στη Γιούτα, στις οποίες εμφανίζονταν ιδιαίτερα κληρονομικές μορφές οστεοαρθρίτιδας.

Οι επιστήμονες είχαν εντοπίσει μεταβολές σε ένα γονίδιο που ονομάζεται WNK2. Στις συγκεκριμένες οικογένειες, η υπερβολική δραστηριότητά του στα κύτταρα των αρθρώσεων φάνηκε να ενεργοποιεί διεργασίες που συνδέονται με τη φλεγμονή και την εξέλιξη της νόσου.

Η παρατήρηση οδήγησε στην υπόθεση ότι ο περιορισμός της δραστηριότητας του WNK2 θα μπορούσε να προστατεύσει την άρθρωση.

Το συγκεκριμένο γενετικό εύρημα αφορά ορισμένες κληρονομικές μορφές της πάθησης. Δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ότι το WNK2 διαδραματίζει τον ίδιο ρόλο σε όλους τους ανθρώπους με οστεοαρθρίτιδα.

Από μισό εκατομμύριο ενώσεις στις έξι

Η αναζήτηση μιας ουσίας που θα μπορούσε να περιορίσει τη δράση του WNK2 θα απαιτούσε τεράστιο αριθμό εργαστηριακών δοκιμών. Για να επιταχύνουν τη διαδικασία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης.

Αρχικά προέβλεψαν την τρισδιάστατη μορφή της πρωτεΐνης που παράγει το γονίδιο. Στη συνέχεια, προσομοίωσαν στον υπολογιστή τον τρόπο με τον οποίο περίπου 500.000 διαφορετικές χημικές ενώσεις θα μπορούσαν να συνδεθούν μαζί της.

Μέσα σε λίγες εβδομάδες, ο αρχικός κατάλογος περιορίστηκε σε λίγο περισσότερες από 50 πιθανές ενώσεις. Με περαιτέρω αξιολόγηση, οι επιστήμονες επέλεξαν τις έξι πιο ενδιαφέρουσες για εργαστηριακή δοκιμή.

Η τεχνητή νοημοσύνη δεν απέδειξε ότι κάποια από αυτές αποτελεί αποτελεσματικό φάρμακο. Λειτούργησε ως εργαλείο γρήγορης διαλογής, βοηθώντας την ομάδα να εντοπίσει ποια μόρια άξιζε να εξετάσει πρώτα.

Τι έδειξαν οι δοκιμές της M04

Η M04 δοκιμάστηκε σε ανθρώπινα κύτταρα χόνδρου, τα οποία είχαν εκτεθεί σε συνθήκες που προκαλούν φλεγμονώδεις μεταβολές παρόμοιες με εκείνες της οστεοαρθρίτιδας.

Μετά τη χορήγηση της ουσίας, μειώθηκε η δραστηριότητα πολλών γονιδίων που σχετίζονται με τη νόσο. Παράλληλα, αυξήθηκε η έκφραση γονιδίων που υποστηρίζουν την υγεία και τη φυσιολογική λειτουργία των κυττάρων.

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η M04 ή κάποια βελτιωμένη εκδοχή της θα μπορούσε να αποτελέσει αφετηρία για την ανάπτυξη θεραπείας που δεν θα περιορίζεται μόνο στην ανακούφιση του πόνου.

Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν, όμως, σε κύτταρα μέσα σε εργαστηριακό σκεύος. Το ανθρώπινο σώμα είναι πολύ πιο σύνθετο και μια ουσία που λειτουργεί σε κυτταρικό μοντέλο μπορεί να αποδειχθεί αναποτελεσματική ή τοξική όταν χορηγηθεί σε έναν οργανισμό.

Μακρύς ο δρόμος μέχρι τους ασθενείς

Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για να δημιουργήσουν βελτιωμένα παράγωγα της M04, τα οποία ενδεχομένως να είναι αποτελεσματικότερα και ασφαλέστερα.

Πριν εξεταστεί οποιαδήποτε δοκιμή σε ανθρώπους, πρέπει να πραγματοποιηθούν μελέτες σε ζώα. Θα χρειαστεί να προσδιοριστούν η κατάλληλη δόση, οι πιθανές παρενέργειες, η τοξικότητα και ο τρόπος με τον οποίο η ουσία απορροφάται και αποβάλλεται από τον οργανισμό.

Η μελέτη δείχνει ταυτόχρονα πώς ο συνδυασμός ανθρώπινης γενετικής και τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να περιορίσει σημαντικά τον χρόνο αναζήτησης νέων ουσιών, μετατρέποντας ένα σύνολο εκατοντάδων χιλιάδων επιλογών σε έναν μικρό αριθμό υποψηφίων για ουσιαστικό εργαστηριακό έλεγχο.