Umělá inteligence pro Alzheimerovu chorobu

Alzheimerova choroba je jedním z nejobtížnějších nevyřešených problémů v medicíně a také jedním z nejničivějších. Zabíjí miliony lidí, představuje obrovskou zátěž pro rodiny a stále se vzpírá mnohému z toho, co dnes medicína dokáže. V nadaci OpenAI chceme tuto situaci změnit tím, že využijeme pokročilou umělou inteligenci k urychlení vědeckého pokroku v prevenci a léčbě této nemoci.^1⁠ V prvním kroku pracujeme na dokončení grantů v hodnotě přes 100 milionů USD ještě tento měsíc napříč šesti výzkumnými institucemi na podporu a urychlení výzkumu Alzheimerovy choroby – generování nových dat, pomoci při navrhování nových léčiv a rozšíření možných cest k léčbě.

Tyto granty představují začátek naší práce – ještě je toho hodně, co musíme udělat. Očekáváme, že v průběhu roku 2026 i v dalších letech poskytneme dalším vědcům a výzkumným institucím další granty zaměřené na Alzheimerovu chorobu, abychom společně mohli Alzheimerově chorobě konečně předcházet a léčit ji.

Proč se zaměřovat na Alzheimerovu chorobu?

Naším posláním je zajistit, aby z AGI mělo prospěch celé lidstvo. Alzheimerova choroba představuje obrovský problém, situace se bude se stárnutím populace zhoršovat a složitost této nemoci je pro využití umělé inteligence velmi vhodná.

Alzheimerova choroba postihuje nejen miliony lidí, u kterých byla diagnostikována, ale také jejich partnery, děti a další pečující osoby, které je podporují. Tato nemoc představuje pro rodiny obrovskou emoční i finanční zátěž.

Lidstvo dosáhlo v posledních několika desetiletích pokroku v boji proti třem ze čtyř hlavních příčin úmrtí – srdečním chorobám, infekčním onemocněním a některým druhům rakoviny – a snížilo tak riziko úmrtí v každém věku:

Vývoj účinné léčby čtvrtého velkého zabijáka – neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba – se navzdory úsilí nejlepších vědců lidstva zatím ukazuje jako z velké části neřešitelný:

Je to proto, že Alzheimerova choroba zřejmě není způsobena jedinou příčinou, ale souhrou genetických rizikových faktorů, nesprávného skládání proteinů, zánětu, synaptické dysfunkce a dalších mechanismů – které po desetiletí vzájemně interagují s faktory prostředí a přitom se všechny odehrávají v mozku, orgánu, který je obtížné zkoumat a do nějž je obtížné dopravovat léčiva. Tradiční výzkumné přístupy měly potíže se v tom zorientovat.

Umělá inteligence je ke zvládnutí této složitosti jedinečně vhodná. Její schopnost uvažovat nad různými typy dat – včetně klinických příznaků pacientů, biologických markerů onemocnění, screeningů kandidátních léčiv a dalších – představuje zásadně nový způsob, jak porozumět tomu, jak tyto faktory vzájemně působí, identifikovat vhodné cíle léčiv a diagnostikovat u pacientů klinicky významná rizika o desítky let dříve.

Naším cílem je pomoci vědcům vytvořit nové nástroje, které konečně umožní předcházet Alzheimerově chorobě a léčit ji. Protože bylo dosud tak obtížné tohoto cíle dosáhnout, považujeme to za jasný test schopnosti umělé inteligence měnit to, co je v oblasti lidského zdraví, možné. Naším cílem je přinést významnou změnu lidem ohroženým Alzheimerovou chorobou a jejich rodinám.

Náš počáteční přístup

Jsme vděční za podporu, které se nám dostalo od externích vědeckých recenzentů a která pomohla utvářet naše počáteční strategie. Přestože jsme z každé z těchto oblastí podpory velmi nadšeni, neočekáváme, že své cíle v oblasti prevence a léčby Alzheimerovy choroby dosáhneme rychle. Některé experimenty přinesou negativní výsledky a na cestě dojde k nezdarům. Taková je povaha vědy – a budeme se co nejrychleji učit a podle přicházejících výsledků přístup upravovat.

Na začátek máme počáteční hypotézy o tom, jak můžeme podpořit výzkumný ekosystém způsobem, který doplňuje stávající snahy a využívá toho, co dnes umělá inteligence umožňuje. Společně to vytváří „pětivrstvý soubor“ aktivit v předních výzkumných institucích:

1. Pomocí umělé inteligence vytvořit „kauzální mapu“ Alzheimerovy choroby, aby bylo možné validovat cíle pro intervenci. Nyní se zdá být jasné, že Alzheimerova choroba má příčin mnoho, nikoli jen jednu. To znamená, že bychom měli zmapovat celou síť kauzálních faktorů, abychom přesně určili nejúčinnější uzly pro terapeutickou intervenci u různých lidí. Ve spolupráci s výzkumníky na průkopnickou umělou inteligence v biologii, jako je Arc Institute⁠, je naším cílem pochopit, jak mozkové „organoidy“ modelu reagují na různé kombinace genetických a environmentálních rizikových faktorů. Takto rozsáhlá experimentální data lze použít k trénování modelů umělé inteligence, které budou podkladem pro budoucí experimenty. Díky tomuto hybridnímu nástroji mohou výzkumníci průběžně sdílet svá zjištění, aby na nich ostatní mohli dále rozvíjet svou práci, a navrhovat cíle léčiv podložené mechanistickými poznatky k dalšímu testování.

Alzheimerova choroba léčbě odolává částečně proto, že je typickým příkladem komplexního onemocnění. Je to výsledek stovek genetických a environmentálních rizikových faktorů, které v průběhu desetiletí vzájemně působí napříč buněčnými typy. V organizaci Arc budujeme experimentální a výpočetní technologie ke skutečnému mapování těchto interakcí ve velkém měřítku.

– Patrick Hsu, PhD, spoluzakladatel a hlavní výzkumník Arc Institute

Chceme najít perturbace, které dokážou přepnout buňku z nemocného stavu zpět do zdravého. Abychom toho dosáhli, provádíme cyklus aktivního učení: systematicky narušujeme modely lidských tkání na základě dat od pacientů, měříme, co se děje, a výsledky používáme k iterativnímu zlepšování AI modelů Alzheimerovy choroby. Každý cyklus nám poskytuje jasnější představu o příčinných souvislostech toho, kde se mechanismy onemocnění sbíhají a kde zasáhnout.

– Silvana Konermann, PhD, spoluzakladatelka a výkonná ředitelka institutu Arc Institute

2. Pomocí umělé inteligence navrhovat nové léky a testovat je v laboratoři – ve spolupráci s partnery, jako je Institut pro návrh proteinů⁠, ve spolupráci s předními neurology a neurovědci z nemocnice Mass General Hospital. Od roku 2000 bylo v klinických studiích testováno více než 100 léků na Alzheimerovu chorobu, ale téměř všechny buď nefungovaly, nebo měly nežádoucí účinky. Věříme, že molekuly navržené pomocí nástrojů biologické umělé inteligence budou mít v průběhu času vyšší šanci na úspěch. Aby však bylo možné zjistit, zda je to pravda, musí výzkumníci nejprve ověřit své digitální výtvory v buňkách, tkáních a na zvířatech.

V Institutu pro návrh proteinů jsme odhodláni vytvářet kolaborativní procesy, které mají co největší pozitivní dopad na globální blahobyt. Pomocí nejnovějších modelů návrhu proteinů využívajících umělou inteligenci jsme úspěšně vytvořili molekuly, které se interagují s cíli klíčovými pro postup Alzheimerovy choroby, upravují je a degradují je. Rozšíření, zdokonalování a sdílení této sady nástrojů s neurovědci, kteří mohou aplikovat naše navržené proteiny k predikci a řešení degenerace neuronů, je jednou z našich nejvyšších priorit.

– David Baker, PhD, nositel Nobelovy ceny a ředitel Institutu pro návrh proteinů na Washingtonské univerzitě

3. Podporovat otevřené datové sady pro předpovídání účinnosti léčiv a mapování průběhu onemocnění s intervencí i bez ní. To zahrnuje vytváření nových otevřených datových sad relevantních pro Alzheimerovu chorobu s neziskovými organizacemi, jako je organizace pro zaměřený výzkum EvE Bio⁠. Zahrnuje také podporu rozšiřování stávajících longitudinálních a epidemiologických datových souborů i příležitosti k odpovědnému zpřístupnění stávajících datových souborů shromážděných biotechnologickými společnostmi, které mohou být přínosem pro všechny výzkumníky.

4. Určit nové biomarkery onemocnění, zlepšovat diagnostiku a způsob provádění klinických studií ve spolupráci s partnery, jako je UCSF. Schválení prvního krevního testu na Alzheimerovu chorobu minulý rok⁠ dává specializovaným lékařům více nástrojů k méně invazivnímu posuzování stavu pacienta. Krev a další biomarkery také umožňují výzkumníkům měřit, jaký vliv mohou mít léky na postup onemocnění v klinických studiích, včetně jako sekundárních měření ve studiích primárně zaměřených na jiné onemocnění (jak ukazuje tato nedávná studie⁠ o kardiovaskulárním onemocnění). Díky tomu, že umělá inteligence nyní dokáže najít smysl ve složitějších biologických signálech, otevírá se více možností, jak se dostat dále s moderní proteomikou a dalšími způsoby odběrů vzorků od pacientů.

Alzheimerova choroba nadále představuje jednu z nejnaléhavějších výzev medicíny a pokrok závisí na propojení vědeckých průlomů s péčí o naše pacienty. Tato spolupráce nám umožňuje propojit špičkové úsilí – od pokroků v návrhu proteinů po hluboké klinické a biologické poznatky zde na UCSF – abychom lépe chorobě porozuměli a identifikovali nové cesty k léčbě. S pomocí umělé inteligence při integraci těchto poznatků a porozumění obrovské komplexitě máme příležitost urychlit objevy, které by mohly smysluplně změnit životy pacientů.

– S. Andrew Josephson, MD, profesor a vedoucí neurologie na UCSF a UCSF Weill Institute for Neurosciences

5. Testovat léčebné postupy bez patentové ochrany a využívat umělou inteligenci k co nejlepšímu porozumění anonymizovaným údajům o pacientech a zkušenostem sdíleným online. Existuje řada intervencí, u nichž jsou patrné náznaky účinnosti – například lithium orotát⁠ a vakcína proti pásovému oparu⁠, která není chráněna patentem – avšak je zapotřebí dalších vysoce kvalitních důkazů a soukromý sektor nemá motivaci klinické studie financovat.

Doufám, že schopnost fyziologické dávky lithium orotátu zvrátit patologii a obnovit paměť u modelů Alzheimerovy choroby u myší se projeví i u stárnoucí lidské populace. Lithium dodává energii našim telefonům, notebookům a elektromobilům. Myslím si, že mozek možná využíval jeho jedinečnou elektrochemii dřív než my.

– Bruce Yankner, MD, PhD, profesor genetiky a neurologie na Harvard Medical School a spoluředitel centra Harvard Glenn Center pro biologii výzkumu stárnutí

Iterativní učení

Budeme postupovat vpřed ve všech těchto pěti oblastech současně, abychom doplnili další práci v rámci výzkumného ekosystému. Očekáváme, že své stávající přístupy budeme dále rozšiřovat s tím, jak budeme získávat další zpětnou vazbu od výzkumné komunity, abychom společně mohli zjistit, jak Alzheimerově chorobě předcházet a jak ji léčit.

Tím, že se Alzheimerově chorobě postavíme čelem, chceme nejen pomoci změnit průběh této nemoci, ale také vytvořit nástroje a poznatky, které mohou urychlit pokrok i v boji proti mnoha dalším.

* * *

Pokud máte zájem dostávat zprávy od nadace OpenAI Foundation, přihlaste se k odběru zde⁠. Pokud chcete kontaktovat náš tým pro biologické vědy a léčbu nemocí, napište nám na adresu [email protected]⁠.

Kromě odborných článků také s povděkem čteme zprávy, rozsáhlé články a příspěvky na blogu o umělé inteligenci a vědě. Ačkoli nesouhlasíme se všemi tvrzeními v těchto textech, patří sem tato zpráva National Academies⁠, tento přehledový článek o vývoji léčiv na Alzheimerovu chorobu⁠, přehledové souhrny pokroku v medicíně, jako je tento text o úmrtnosti na kardiovaskulární onemocnění⁠, tento příspěvek na blogu Science ⁠ o obtížích, kterým umělá inteligence čelí při dosahování pokroku v medicíně, a tento nápad IFP týkající se klinických dat⁠.

Vyzýváme vás, abyste analýzy zveřejňovali, a poslali nám e-mailem odkaz, pokud si myslíte, že pro nás může být daný pohled přínosný.