人工智能和干细胞模型为罕见神经肌肉疾病带来新希望。© New Africa
罕见神经肌肉疾病往往缺乏有效治疗方法，因为开发靶向药物过程缓慢、成本高昂且对企业而言风险较大。一种结合人工智能和干细胞模型的新方法可能最终改变这一局面。
比利时人工智能公司Kantify原本按部就班地运营，直到一次癌症诊断迫使团队重新思考发展方向。"我们曾为营销或运输等行业构建算法，"Kantify的联合创始人兼首席执行官Ségolène Martin表示，"这些是与健康无关的复杂项目，但它们使我们建立了深厚的人工智能专业知识。"
2017年，公司CTO Nik Subramanian被诊断出患有肉瘤——一种在骨骼、肌肉和血管等结缔组织中形成肿瘤的罕见癌症，这一情况改变了公司的方向。
这次经历促使公司将其重点转向健康领域，探索人工智能在改善罕见疾病新药识别和测试方面的潜力。
"这改变了我们的生活，"Martin说，"我们现在完全专注于人类健康的人工智能应用，并开发了专门用于基于人工智能的药物发现技术。"
如今，这项专长正被充分应用于一个名为DREAMS的五年期欧盟资助研究计划中。该计划致力于改善五种罕见神经肌肉疾病的治疗方法，这些疾病会逐渐削弱肌肉功能。
提高患者的胜算
开发罕见疾病的治疗方法仍然是现代医学面临的最大挑战之一。这一过程漫长、昂贵且不确定，需要多年的研发、监管批准和临床试验。
对制药公司而言，患者数量少常常使这类投资难以证明其合理性。因此，许多疾病仍未得到治疗。
目前，在估计的7,000至10,000种罕见疾病中，仅有约5%–6%拥有获批疗法，这一差距被世界卫生组织等机构持续列为全球优先事项。
人工智能可能有助于改变这一状况。通过快速分析海量数据集，人工智能可以在早期阶段缩小潜在药物候选范围，并识别可能被重新用于治疗罕见疾病的现有药物。
聚焦神经肌肉疾病
在DREAMS计划中，研究人员专注于五种罕见神经肌肉疾病，包括主要影响年轻男孩并导致肌肉退化的杜氏肌营养不良症，以及可能导致严重心脏问题的埃姆里-德赖福斯肌营养不良症。
尽管这些疾病的遗传原因各不相同，但在细胞层面似乎存在共同的作用机制。通过靶向这些共同通路，研究人员希望开发出能同时惠及多种疾病的治疗方法，而非逐一应对每种疾病。
为此，研究团队将患者细胞重编程为所谓的诱导多能干细胞(iPSCs)—一种可转化为多种其他细胞类型的"主细胞"—然后将其转化为骨骼肌组织。这使研究人员能够在受控环境中研究疾病。
通过将这些实验室模型与人工智能相结合，研究人员可以识别跨多种疾病的共同治疗靶点。
"这类研究对患者及其家人至关重要，"DREAMS项目协调员、专攻干细胞治疗和单基因疾病治疗的法国研究机构I-Stem的研究总监Xavier Nissan表示，"他们每天都在与疾病抗争，需要这样的技术。"
从数据到潜在治疗方法
除了识别潜在疾病过程外，DREAMS研究人员还利用人工智能分析数十亿种新药和现有药物，尝试预测哪些化合物最有可能发挥作用。
"这是人工智能能够创造真正社会价值的方式之一，"Martin表示，"它能够真正加速研究，并在进展缓慢的领域产生影响。"
在实验室中，研究团队正在测试一个包含2,700种经欧洲药品管理局(EMA)和美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物库，以评估其中是否有任何药物能够改善与疾病相关的共同症状。
"在实验室中，我们测试了数千种现有药物对这些疾病患者来源的iPSC衍生肌肉细胞的影响，"Nissan说，"然后人工智能还用于了解药物可能如何发挥作用，识别靶点，甚至预测该治疗可能有用的其他疾病。通过结合这些方法，我们可以更快地推进，并专注于最有希望的候选药物。"
研究团队已花费三年时间生成数据，为人工智能提供输入，使其能够进行药物再利用的预测。
Kantify的人工智能平台Sapian是这项药物搜索的核心。它经过大量数据的训练，范围从分子和蛋白质信息到专利和各种药物的特性。基于这些信息，该平台可以预测哪些药物可能是某些疾病的良好候选者。
"这不是水晶球，"Martin说，"它将生成需要在现实世界中进行测试的假设。然而，从不同项目中我们发现，这些假设非常准确。"
同一篮子中的希望
目前尚不清楚这种方法何时能为罕见疾病患者带来新治疗方法。Nissan持谨慎态度，指出有许多因素在起作用，不希望给今天患有这些疾病的患者带来虚假希望。
"项目将于2028年底结束。在此之后，前景尚不明确。我们正在尽力而为，但在药物领域，事情可能需要很长时间。"
结果将很大程度上取决于这些方法在患者身上测试时的情况。新药有时需要数十年才能完成临床试验，即使是已经通过这些流程的现有药物，仍需要进行一些试验。
DREAMS团队正在努力使这些试验对罕见疾病更加可行。他们遇到的一个问题是，患有这些疾病的人数不足以进行足够大规模的临床试验。
因此，研究人员建议采用替代方法。"一些罕见疾病症状差异很大，但具有相同的生物学原因，"Nissan说，"这就是为什么我们希望进行所谓的'篮子试验'，即在具有不同症状和疾病但具有相似病因的人群上测试一种药物。"
这种由患者协会AFM-Téléthon和患者本身领导的方法，可能有助于加快罕见疾病患者的药物开发。
Nissan表示，监管机构目前正在探索在罕见疾病中更广泛地采用篮子临床试验方法。
对Nissan和Martin而言，这项工作不仅仅是研究，更是个人使命。
"患者需要我们，"Nissan说，"这是巨大的责任。我感觉自己必须成功。但这同时也意味着我们有机会改变许多人的生活。这是一项美好的工作。"
更多信息
DREAMS项目网站
关键医学概念
杜氏肌营养不良症、诱导多能干细胞、肉瘤
临床类别
神经学、临床药理学
由《地平线：欧盟研究与创新杂志》提供
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