Die künstliche Intelligenz als Arzt – zumindest einen ersten Ansatz hierfür lieferten jetzt Wissenschaftler. Wie sie mithilfe einer KI eine mögliche Behandlung für Cystinose identifizierten, lest hier mehr.
Ein Team unter der Leitung von Forschern der Gruppe Mechanisms of Inherited Kidney Disorders (MIKADO) an der Universität Zürich hat Insilico Medicine's generative Künstliche Intelligenz (KI), PandaOmics, verwendet, um verwendbare Arzneimittel für die lysosomale Speicherkrankheit Cystinose zu identifizieren und in präklinischen Modellen zu validieren. Die Ergebnisse, die neue therapeutische Möglichkeiten für diese Krankheit eröffnen, wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Zu den Kooperationspartnern gehören Wissenschaftler der Microsoft Research-University of Trento Centre for Computational and Systems Biology in Italien, der Cystinosis Research Foundation (Irvine, CA) und des Programms Innovative Therapies in Rare Diseases (ITINERARE) in Zürich.
Cystinose ist eine seltene genetische Krankheit, die durch eine Anreicherung der Aminosäure Cystin in den Zellen gekennzeichnet ist und eine lebenslange Bedrohung für den Körper der Betroffenen darstellt. Die nephropathische Cystinose ist die häufigste und schwerste Form der Krankheit, die typischerweise im Kindesalter auftritt. Die Anhäufung von Cystin zerstört langsam die Organe des Körpers und führt zu Nierenversagen, Diabetes, Schilddrüsenunterfunktion, Myopathie und einer Verschlechterung des zentralen Nervensystems. Gegenwärtig gibt es keine heilende Behandlung für Kinder mit Cystinose.
Aminosäuretransporter spielen eine wichtige Rolle bei der Erleichterung des Transports essenzieller Nährstoffe durch die Membran von Lysosomen, die eine wesentliche Rolle bei der Handhabung von Nährstoffen und der Regulierung des Zellstoffwechsels spielen. Die Cystinose wird durch Mutationen verursacht, die den Cystinosin-Transporter (CTNS) außer Kraft setzen, so dass sich Cystin anreichert und eine lysosomale Speicherkrankheit auslöst, die mehrere Organe, darunter die Nieren, schädigt. Die Wissenschaftler vermuteten, dass der für die Zellschäden verantwortliche Mechanismus mit der Regulierung des Rapamycin-Komplexes 1 (oder mTORC1) zusammenhängt, einem evolutionär konservierten Protein, das das Zellwachstum und geroprotektive Signalwege steuert, die gesunde Langlebigkeit fördern.
In der Studie nutzten die Forscher die PandaOmics-Plattform als neuartige Methode zur Priorisierung von Assoziationen zwischen Krankheit und Ziel und zur Festlegung von Prioritäten für handlungsfähige (Arzneimittel-)Ziele in Cystinose-Zellen. Die KI-basierte Analyse sagte voraus, dass mTOR eine Rangliste von verwendbaren Arzneimittelzielen anführt. Die Forscher erweiterten dann diese Ansätze durch eine speziesübergreifende Validierung in präklinischen Cystinose-Modellen und mechanistische In-vitro-Studien in zellulären Systemen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine hyperaktive mTOR-Signalübertragung die Dysfunktion der Nierentubulus-Zellen antreibt und ein angreifbarer Signalweg bei Cystinose ist. In Tests an Zellsystemen und Tiermodellen wie Ratten und Zebrafischen stellten die Forscher fest, dass die Behandlung mit dem von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassenen Therapeutikum Rapamycin die Abbauaktivitäten der Lysosomen wiederherstellt und die Funktionsstörung der Nierentubulus Zellen – die erste Manifestation der Krankheit – bessert. Diese Ergebnisse zeigen Mechanismen und therapeutische Ziele für die gestörte Homöostase bei Zystinose auf.
„Wir sind sehr erfreut über die ersten Ergebnisse dieser wichtigen Zusammenarbeit“, sagt Dr. Alex Zhavoronkov, Gründer und CEO von Insilico Medicine. „Unsere KI-Plattform hat neue Einblicke in zelluläre und molekulare Signalwege geliefert, die lebensbedrohliche Komplikationen bei Cystinose auslösen, und wir hoffen, dass sie letztlich zu neuen Behandlungsoptionen für Cystinose-Patienten führen werden.“
„Cystinose ist eine häufig vernachlässigte Krankheit mit einem großen Bedarf an Diagnostik und Therapiemöglichkeiten. Mit Hilfe der durch künstliche Intelligenz gesteuerten, auf Systembiologie basierenden Wirkstoff-Forschung haben wir neue Erkenntnisse über die Cystinose-Krankheit gewonnen und die Entdeckung handlungsfähiger Wirkstoffziele beschleunigt, mit dem Ziel, den Patienten neuartige […] Medikamente zur Verfügung zu stellen“, sagte Professor Olivier Devuyst, MD, Leiter der MIKADO-Gruppe an der UZH.
„Letztendlich wollen wir die Lebensqualität der Betroffenen verbessern und Tausenden von Cystinose-Patienten auf der ganzen Welt konkrete Hoffnung geben“, sagte Dr. Alessandro Luciani, leitender Wissenschaftler und Teamleiter bei MIKADO an der UZH.
Dieser Artikel beruht auf einer Pressemitteilung von Insilico Medicine. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
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