Tekoäly Alzheimerin taudin hoidossa

Alzheimerin tauti on yksi lääketieteen vaikeimmista ratkaisemattomista ongelmista ja yksi tuhoisimmista. Se tappaa miljoonia ihmisiä, asettaa valtavan taakan perheille ja uhmaa edelleen pitkälti sitä, mihin lääketiede pystyy tänä päivänä. OpenAI Foundation haluaa muuttaa tilanteen käyttämällä edistynyttä tekoälyä taudin ehkäisyn ja hoidon tutkimuksen vauhdittamiseen.^1⁠ Ensimmäisenä askeleena työskentelemme tässä kuussa viimeistelläksemme yli 100 miljoonan dollarin apurahojen jakamisen kuudelle tutkimuslaitokselle Alzheimerin taudin tutkimuksen tukemiseksi ja vauhdittamiseksi – tuottamalla uutta dataa, auttamalla uusien lääkkeiden suunnittelussa ja laajentamalla mahdollisia hoitopolkuja.

Nämä apurahat ovat vasta työmme alku; tehtävää on vielä paljon. Odotamme myöntävämme vuoden 2026 aikana ja sen jälkeen lisää apurahoja Alzheimerin taudin tutkimukseen yhä useammille tutkijoille ja tutkimuslaitoksille, jotta voimme viimein yhdessä ehkäistä ja hoitaa Alzheimerin tautia.

Miksi Alzheimerin tautiin pitäisi keskittyä?

Tehtävämme on varmistaa, että AGI hyödyttää koko ihmiskuntaa. Alzheimerin tauti on valtava ongelma, joka pahenee väestön ikääntyessä, ja taudin monimutkaisuus tekee siitä tekoälylle sopivan kohteen.

Alzheimerin tauti vaikuttaa paitsi miljooniin tautia sairastaviin ihmisiin, myös heidän puolisoihinsa, lapsiinsa ja muihin heitä tukeviin omaishoitajiin. Sairaus aiheuttaa perheille valtavaa henkistä ja taloudellista rasitusta.

Ihmiskunta on edistynyt viime vuosikymmenten aikana kolmen neljästä suuresta tappajasta — sydänsairauksien, tartuntatautien ja joidenkin syöpien — torjumisessa, mikä on pienentänyt kuolemanriskiä kaikenikäisissä potilaissa:

Tehokkaiden hoitojen kehittäminen neljänteen suureen tappajaan—neurodegeneratiivisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin—on kuitenkin toistaiseksi osoittautunut suurelta osin mahdottomaksi, ihmiskunnan parhaiden tiedemiesten ponnisteluista huolimatta:

Tämä johtuu siitä, että Alzheimerin tauti ei näytä olevan yhden ainoan syyn aiheuttama, vaan geneettisten riskitekijöiden, proteiinien laskostumisvirheiden, tulehduksen, synaptisen toimintahäiriön ja muiden tekijöiden yhteisvaikutuksen tulosta, joka vuorovaikuttaa ympäristötekijöiden kanssa vuosikymmenten ajan, ja kaikki tämä tapahtuu aivoissa, elimessä, jota on vaikea tutkia ja johon lääkkeitä on vaikea toimittaa. Perinteiset tutkimusmenetelmät ovat kamppailleet tämän ilmiön ymmärtämisen kanssa.

Tekoäly soveltuu erityisen hyvin tämän monimutkaisuuden kohtaamiseen. Tekoälyn kyky tehdä päätelmiä erityyppisen datan pohjalta—mukaan lukien potilaiden kliiniset oireet, taudin biologiset merkkiaineet, lääkehoidon ehdokkaiden seulonnat ja paljon muuta — tarjoaa perustavanlaatuisesti uuden tavan ymmärtää, miten nämä tekijät vaikuttavat toisiinsa, tunnistaa sopivat lääkevaikutuskohteet ja diagnosoida potilaiden kannalta hoidettavissa olevia riskejä vuosikymmeniä aiemmin.

Tavoitteenamme on auttaa tutkijoita kehittämään uusia työkaluja Alzheimerin taudin ehkäisemiseen ja hoitamiseen. Koska tavoitteen saavuttaminen on tähän mennessä ollut niin vaikeaa, pidämme sitä selkeänä testinä tekoälyn kyvystä muuttaa sitä, mikä on mahdollista ihmisen terveydenhoidossa. Pyrimme saamaan aikaan merkittävän muutoksen Alzheimerin taudin riskiryhmään kuuluvien ihmisten ja heidän perheidensä elämässä.

Alkuperäinen lähestymistapamme

Olemme kiitollisia ulkopuolisilta tieteellisiltä arvioijilta saamastamme tuesta alustavien strategioiden suunnittelussa. Vaikka olemme erittäin innostuneita kaikista näistä lahjoituskohteista, emme odota saavuttavamme Alzheimerin taudin ehkäisyn ja hoidon tavoitettamme nopeasti. Jotkin kokeet tuottavat kielteisiä tuloksia, ja matkan varrella tulee takaiskuja. Se on tieteen luonne, ja opimme niin nopeasti kuin voimme, päivittäen lähestymistapaamme sitä mukaa, kun tuloksia saadaan.

Meillä on alustavia hypoteeseja siitä, miten voimme tukea tutkimusekosysteemiä olemassa olevia toimia täydentävällä tavalla ja hyödyntää tekoälyn nykyisiä mahdollisuuksia. Yhdessä tämä muodostaa johtavissa tutkimuslaitoksissa toimintojen "viisikerroksisen pinon":

1. Luo tekoälyn avulla Alzheimerin taudin "syy-seuraus -kartta" toimenpiteiden kohteiden validoimiseksi. Nyt näyttää selvältä, että Alzheimerin tautia aiheuttavia tekijöitä on monia, ei vain yksi. Näin ollen meidän tulisi kartoittaa syytekijöiden koko verkosto, jotta voimme tunnistaa tehokkaimmat solmut terapeuttista interventiota varten eri ihmisille. Yhteistyössä biologian tekoälyn eturintamassa toimivien tutkijoiden, kuten Arc Instituten⁠, kanssa pyrimme ymmärtämään, miten aivojen "organoidit" reagoivat geneettisten ja ympäristöön liittyvien riskitekijöiden erilaisiin yhdistelmiin. Tällaisia laajamittaisia kokeellisia tietoja voidaan käyttää tulevia kokeita ohjaavien tekoälymallien kouluttamiseen. Tämän hybridimoottorin avulla tutkijat voivat jakaa löydöksiään matkan varrella muiden käyttöön, ja ehdottaa mekaanisesti informoituja lääkekohteita jatkotestausta varten.

Alzheimerin tauti on ollut vaikeasti hoidettava osittain siksi, että se on monimutkaisen sairauden perikuva. Se on seurausta sadoista geneettisistä ja ympäristöön liittyvistä riskitekijöistä, jotka vaikuttavat toisiinsa eri solutyypeissä vuosikymmenten ajan. Arc rakentaa kokeellisia ja laskennallisia teknologioita, joilla voidaan todella kartoittaa näitä vuorovaikutuksia laajassa mittakaavassa.

—Patrick Hsu, PhD, Arc Institute -instituutin perustajajäsen ja ydintutkija

Haluamme löytää häiriöitä, joilla solu voidaan siirtää sairaasta tilasta takaisin terveeseen. Tätä varten toteutamme aktiivisen oppimissyklin: muokkaamme systemaattisesti ihmiskudosmalleja potilastietojen ohjaamana, mittaamme tulokset ja käytämme niitä Alzheimerin tautia koskevien tekoälymalliemme parantamiseen. Kukin sykli antaa meille tarkemman kausaalisen kuvan siitä, missä sairausmekanismit yhdistyvät ja mihin kannattaa puuttua.

—Silvana Konermann, Ph.D., Arc Instituten perustaja ja toiminnanjohtaja

2. Kehitä uusia lääkkeitä tekoälyn avulla ja testaa niitä laboratoriossa – yhteistyökumppaneiden, kuten Institute for Protein Designin⁠, sekä Mass General Hospitalin johtavien neurologien ja neurotieteilijöiden kanssa. Yli 100 Alzheimer-lääkettä on testattu kliinisissä tutkimuksissa vuoden 2000 jälkeen, mutta lähes mikään niistä ei toiminut tai aiheutti ei-toivottuja sivuvaikutuksia. Uskomme, että tekoälybiologian työkalujen avulla suunnitelluilla molekyyleillä on ajan myötä suurempi todennäköisyys onnistua. Mutta jotta voidaan selvittää, pitääkö se paikkansa, tutkijoiden on ensin pystyttävä validoimaan digitaaliset luomuksensa soluissa, kudoksissa ja eläimissä.

Institute for Protein Design on sitoutunut rakentamaan yhteistyöhön perustuvia prosesseja, joilla keskitytään mahdollisimman suureen positiiviseen vaikutukseen globaaliin hyvinvointiin. Uusimpien tekoälyohjattujen proteiinien suunnittelumalliemme avulla olemme onnistuneesti kehittäneet molekyylejä, jotka sitoutuvat Alzheimerin taudin etenemisen kannalta keskeisiin kohteisiin, muokkaavat ja hajottavat niitä. Yksi tärkeimmistä prioriteeteistamme on laajentaa, jalostaa ja jakaa tätä työkalupakkia neurotieteilijöille, jotka voivat hyödyntää suunnittelemiamme proteiineja neurodegeneraation ennustamiseen ja ratkaisemiseen.

—David Baker, PhD, Nobel-palkittu Washingtonin yliopiston Institute for Protein Designin johtaja

3. Tue avoimia tietojoukkoja lääkeaineiden aktiivisuuden ennustamiseksi ja kuvaa sairauden etenemistä intervention kanssa ja ilman sitä. Tähän sisältyy Alzheimerin tautiin liittyvien uusien avoimien tietoaineistojen luominen yhdessä Focused Research Organisation EvE Bio⁠n kaltaisten voittoa tavoittelemattomien organisaatioiden kanssa. Se sisältää myös olemassa olevien pitkittäis- ja epidemiologisten aineistojen laajentamisen tukemisen sekä mahdollisuuksia avata vastuullisesti bioteknologiayritysten keräämiä olemassa olevia aineistoja, joista voi olla hyötyä kaikille tutkijoille.

4. Määritä uusia sairauden biomarkkereita diagnoosin ja kliinisten tutkimusten toteutuksen parantamiseksi yhdessä UCSF:n kaltaisten yhteistyökumppaneiden kanssa. Ensimmäisen Alzheimerin taudin verikokeen hyväksyntä viime vuonna⁠ antaa erikoislääkäreille lisää työkaluja potilaan tilan arvioimiseen vähemmän invasiivisesti. Veri ja muut biomarkkerit antavat tutkijoille myös mahdollisuuden mitata, millainen vaikutus lääkkeillä voi olla taudin etenemiseen kliinisissä tutkimuksissa, mukaan lukien toissijaisina mittareina tutkimuksissa, joissa ensisijaisena kohteena on jokin muu sairaus (kuten on osoitettu tässä tuoreessa sydän- ja verisuonitauteja koskevassa tutkimuksessa⁠). Nykyaikaisen proteomiikan ja muiden potilasnäytteiden analysoinnin avulla on enemmän mahdollisuuksia mennä pidemmälle nyt, kun tekoäly pystyy tulkitsemaan entistä monimutkaisempia biologisia signaaleja.

Alzheimerin tauti on edelleen yksi lääketieteen kiireellisimmistä haasteista, ja edistyminen riippuu tieteellisten läpimurtojen yhdistämisestä potilaidemme hoitoon. Tämä yhteistyö antaa meille mahdollisuuden yhdistää maailman johtavaa työtä – proteiinisuunnittelun edistysaskeleista syvälliseen kliiniseen ja biologiseen asiantuntemukseen täällä UCSF:ssä – jotta voimme ymmärtää sairautta paremmin ja tunnistaa uusia hoitopolkuja. Tekoälyn auttaessa meitä yhdistämään nämä oivallukset ja hahmottamaan valtavaa monimutkaisuutta, meillä on mahdollisuus nopeuttaa löytöjen tekemistä, jotka voivat muuttaa potilaiden elämää merkittävällä tavalla.

—S. Andrew Josephson, MD, neurologian professori ja johtaja UCSF:ssä ja UCSF Weill Institute for Neurosciencesissa

5. Testaa patenttisuojan ulkopuolisia hoitoja ja käytä tekoälyä anonymisoitujen potilastietojen ja verkossa raportoitujen kokemusten parhaaseen mahdolliseen tulkintaan. On olemassa useita interventioita, joiden vaikutuksista on viitteellistä näyttöä – esimerkiksi litiumorotaatti⁠ ja patenttisuojan ulkopuolinen vyöruusurokote⁠– mutta joista tarvitaan lisää korkealaatuista näyttöä ja joiden osalta yksityisellä sektorilla ei ole kannustimia rahoittaa kliinisiä tutkimuksia.

Toivon, että litiumorotaatin fysiologisen annoksen kyky korjata patologisia muutoksia ja palauttaa muisti Alzheimerin taudin hiirimalleissa voisi siirtyä myös ikääntyvään ihmisväestöön. Litium on puhelimiemme, kannettavien tietokoneittemme ja sähköajoneuvojemme voimanlähde. Veikkaan, että aivot ovat saattaneet hyödyntää sen ainutlaatuista sähkökemiaansa jo ennen meitä.

– Bruce Yankner, MD, PhD, genetiikan ja neurologian professori Harvardin lääketieteellisessä tiedekunnassa sekä Harvard Glenn Centerin ikääntymisen biologian tutkimuskeskuksen toinen johtaja

Iteratiivinen oppiminen

Edistämme samanaikaisesti kaikkia näitä viittä osa-aluetta täydentääksemme muita tutkimusekosysteemissä tehtäviä toimia. Odotamme voivamme täydentää nykyisiä lähestymistapojamme sitä mukaa kuin saamme lisää palautetta tutkimusyhteisöltä, jotta voimme yhdessä selvittää, miten Alzheimerin tautia voidaan ehkäistä ja hoitaa.

Puuttumalla Alzheimerin tautiin suoraan pyrimme paitsi muuttamaan tämän sairauden kulkua, myös kehittämään työkaluja ja kartuttamaan tietoa, mikä voi nopeuttaa edistystä monien muiden sairauksien hoidossa.

* * *

Jos haluat saada päivityksiä OpenAI Foundationilta, tilaa ne täältä⁠. Jos haluat ottaa yhteyttä Life Sciences & Curing Diseases -tiimiimme, lähetä sähköpostia osoitteeseen [email protected]⁠.

Tieteellisten artikkeleiden lisäksi luemme mielellämme raportteja, pitkiä artikkeleita ja blogikirjoituksia tekoälystä ja tieteestä. Vaikka emme olekaan samaa mieltä kaikista näissä artikkeleissa esitetyistä väitteistä, tällaisia ovat esimerkiksi tämä National Academiesin raportti⁠, tämä Alzheimerin taudin lääkekehitysputkea käsittelevä katsausartikkeli⁠, yleisluontoiset yhteenvedot lääketieteen edistysaskeleista, kuten tämä sydän- ja verisuonitautien kuolleisuutta käsittelevä kirjoitus⁠, tämä Science -blogikirjoitus⁠ tekoälyn lääketieteellisen edistyksen haasteista sekä tämä IFP:n kliinistä dataa koskeva idea⁠.

Kannustamme teitä julkaisemaan analyyseja julkisesti ja lähettämään meille linkin sähköpostitse, jos uskotte, että näkökulmasta voi olla meille hyötyä.