AI pre Alzheimerovu chorobu

Alzheimerova choroba je jedným z najťažších nevyriešených problémov v medicíne a jedným z tých najničivejších. Zabíja milióny ľudí, predstavuje obrovskú záťaž pre rodiny a stále vzdoruje veľkej časti toho, čo dnes medicína dokáže. V nadácii OpenAI to chceme zmeniť využitím pokročilej umelej inteligencie na urýchlenie vedy v oblasti prevencie a liečby tejto choroby.^1⁠ Naším prvým krokom je tento mesiac finalizácia grantov v šiestich výskumných inštitúciách vo výške viac ako 100 miliónov USD na podporu a urýchlenie výskumu Alzheimerovej choroby – generovanie nových údajov, pomoc s návrhom nových liekov a rozšírenie možností liečby.

Tieto granty predstavujú začiatok našej práce; pred nami je toho ešte oveľa viac. Očakávame, že v priebehu roku 2026 a neskôr poskytneme ďalšie granty na podporu Alzheimerovej choroby väčšiemu počtu vedcov a výskumných inštitúcií, aby sme spoločne mohli konečne predchádzať Alzheimerovej chorobe a liečiť ju.

Prečo sa zamerať na Alzheimerovu chorobu?

Naším poslaním je zabezpečiť, aby všeobecná umelá inteligencia (AGI) prospievala celému ľudstvu. Alzheimerova choroba je obrovský problém, situácia sa zhoršuje so starnutím populácie a zložitosť tohto ochorenia je vhodná pre využitie umelej inteligencie.

Alzheimerova choroba postihuje nielen milióny ľudí, u ktorých je táto choroba diagnostikovaná, ale aj ich manželov/manželky, deti a ďalších opatrovateľov, ktorí ich podporujú. Táto choroba predstavuje pre rodiny obrovskú emocionálnu a finančnú záťaž.

Ľudstvo za posledných niekoľko desaťročí dosiahlo pokrok v boji proti trom zo štyroch hlavných zabijakov – srdcovým chorobám, infekčným chorobám a niektorým druhom rakoviny, čím sa znížilo riziko úmrtia v každom veku:

Vývoj účinných liečebných postupov pre štvrtého veľkého zabijaka – neurodegeneratívne ochorenia, ako je Alzheimerova choroba – sa však doteraz ukázal ako do značnej miery neriešiteľný, a to aj napriek úsiliu najlepších vedcov ľudstva:

Je to preto, že Alzheimerova choroba zrejme nie je spôsobená jedinou príčinou, ale súhrou genetických rizikových faktorov, nesprávnej skladby proteínov, zápalu, synaptickej dysfunkcie a ďalších – ktoré sa počas desaťročí vzájomne ovplyvňujú s environmentálnymi faktormi a zároveň sa všetky odohrávajú v mozgu, orgáne, ktorý sa skúma len ťažko a do ktorého je ťažké dopraviť lieky. Tradičné výskumné prístupy mali problém zmysluplne to vysvetliť.

Umelá inteligencia je jedinečne vhodná na to, aby sa s touto zložitosťou vyrovnala. Jej schopnosť uvažovať nad rôznymi typmi údajov – vrátane klinických symptómov pacientov, biologických markerov ochorenia, skríningu kandidátnych liečiv a ďalších – ponúka zásadne nový spôsob pochopenia vzájomnej interakcie týchto faktorov, identifikácie vhodných terapeutických cieľov a diagnostikovania klinicky významných rizík u pacientov o desaťročia skôr.

Naším cieľom je pomôcť vedcom vytvoriť nové nástroje, aby sa Alzheimerovej chorobe konečne dalo predchádzať a liečiť ju. Keďže tento cieľ bolo doteraz veľmi ťažké dosiahnuť, považujeme to za jasnú skúšku schopnosti umelej inteligencie meniť to, čo je možné v oblasti ľudského zdravia. Naším cieľom je významne zlepšiť život ľudí ohrozených Alzheimerovou chorobou a ich rodín.

Náš počiatočný prístup

Sme vďační za podporu, ktorú sme získali od externých vedeckých hodnotiteľov, ktorí pomohli formovať naše počiatočné stratégie. Hoci sme z každej z týchto oblastí darcovstva nesmierne nadšení, neočakávame, že náš cieľ v oblasti prevencie a liečby Alzheimerovej choroby dosiahneme náhle. Niektoré experimenty prinesú negatívne výsledky a na tejto ceste sa vyskytnú aj prekážky. Taká je povaha vedy – budeme sa učiť čo najrýchlejšie a priebežne upravovať náš prístup podľa toho, aké výsledky budeme dostávať.

Na začiatok máme počiatočné hypotézy o tom, ako môžeme podporovať výskumný ekosystém spôsobom, ktorý dopĺňa existujúce úsilie a využíva to, čo je teraz možné vďaka umelej inteligencii. Spolu to vytvára „päťvrstvový súbor“ aktivít v popredných výskumných inštitúciách:

1. Vytvorteič „mapu príčin“ Alzheimerovej choroby pomocou umelej inteligencie na overenie cieľov intervencie. Teraz sa zdá byť jasné, že Alzheimerova choroba má mnoho príčin, nie iba jednu. To znamená, že by sme mali zmapovať celú sieť kauzálnych faktorov, aby sme presne určili najefektívnejšie uzly pre terapeutickú intervenciu u rôznych ľudí. Spoluprácou s výskumníkmi v oblasti prelomovej umelej inteligencie v biológii, ako je Arc Institute⁠, sa snažíme pochopiť, ako modelové mozgové „organoidy“ reagujú na rôzne kombinácie genetických a environmentálnych rizikových faktorov. Takéto rozsiahle experimentálne údaje možno použiť na trénovanie modelov umelej inteligencie, ktoré budú slúžiť ako podklad pre budúce experimenty. Vďaka tomuto hybridnému nástroju môžu výskumníci zdieľať svoje zistenia, aby na nich mohli stavať aj ostatní, a navrhovať mechanisticky podložené cieľové skupiny liekov na ďalšie testovanie.

Alzheimerova choroba odoláva liečbe čiastočne preto, že je typickým príkladom komplexného ochorenia. Je to výsledok stoviek genetických a environmentálnych rizikových faktorov, ktoré v priebehu desaťročí vzájomne pôsobia naprieč bunkovými typmi. V Arc budujeme experimentálne a výpočtové technológie na skutočné mapovanie týchto interakcií vo veľkom rozsahu.

—Patrick Hsu, PhD, spoluzakladateľ a hlavný výskumník Arc Institute

Chceme nájsť poruchy, ktoré dokážu akoby kliknutím a potiahnutím presunúť bunku z chorobného stavu späť do zdravého stavu. Aby sme to dosiahli, spúšťame aktívny cyklus učenia: systematicky narúšame modely ľudských tkanív na základe údajov o pacientoch, meriame, čo sa deje, a výsledky používame na iteratívne vylepšovanie našich modelov Alzheimerovej choroby s využitím umelej inteligencie. Každý cyklus nám poskytuje ostrejší kauzálny obraz o tom, kde sa mechanizmy ochorenia zbiehajú a kde je potrebné zasiahnuť.

—Silvana Konermann, PhD, spoluzakladateľka a výkonná riaditeľka Arc Institute

2. Navrhovať nové lieky s pomocou umelej inteligencie a testovať ich v laboratóriu – v spolupráci s partnermi, ako je Inštitút pre dizajn proteínov⁠, spolu s poprednými neurológmi a neurovedcami z nemocnice Mass General Hospital. Od roku 2000 bolo v klinických skúšaniach testovaných viac ako 100 liekov na Alzheimerovu chorobu, ale takmer všetky neúčinkovali alebo mali nežiaduce vedľajšie účinky. Veríme, že molekuly navrhnuté s pomocou nástrojov umelej inteligencie pre biológiu budú mať v priebehu času vyššiu pravdepodobnosť úspechu. Aby však výskumníci mohli určiť, či je to pravda, musia najprv byť schopní overiť svoje digitálne výtvory v bunkách, tkanivách a zvieratách.

V Inštitúte pre dizajn proteínov sa zaväzujeme budovať kolaboratívne projekty zamerané na dosiahnutie čo najväčšieho pozitívneho vplyvu na globálne zdravie. Pomocou našich najnovších modelov dizajnu proteínov riadených umelou inteligenciou sme úspešne navrhli molekuly, ktoré pôsobia na ciele kľúčové pre progresiu Alzheimerovej choroby, modifikujú ich a degradujú. Rozširovanie, zdokonaľovanie a zdieľanie tejto sady nástrojov s neurovedcami, ktorí môžu naše navrhnuté proteíny využiť na predpovedanie a riešenie neurodegenerácie, patrí medzi naše najvyššie priority.

—David Baker, PhD, nositeľ Nobelovej ceny a riaditeľ Inštitútu pre dizajn proteínov na Washingtonskej univerzite

3. Podporovať otvorené súbory údajov na predpovedanie aktivity liekov a mapovať progresiu ochorenia s intervenciou a bez nej. To zahŕňa vytváranie nových otvorených súborov údajov relevantných pre Alzheimerovu chorobu s neziskovými organizáciami, ako je napríklad Focused Research Organisation EvE Bio⁠. Zahŕňa to aj podporu rozširovania existujúcich longitudinálnych a epidemiologických súborov údajov, ako aj príležitosti zodpovedne sprístupniť existujúce súbory údajov zhromaždené biotechnologickými spoločnosťami, ktoré môžu byť prínosom pre všetkých výskumníkov.

4. Zaviesť nové biomarkery pre ochorenia, zlepšiť diagnostiku a spôsob vykonávania klinických skúšok v spolupráci so spolupracovníkmi ako UCSF. Schválenie prvého krvného testu na Alzheimerovu chorobu v minulom roku⁠ poskytuje špecializovaným lekárom viac nástrojov na posúdenie stavu pacienta menej invazívnym spôsobom. Krvné a iné biomarkery tiež umožňujú výskumníkom merať, aký vplyv môžu mať lieky na progresiu ochorenia v klinických štúdiách, a to aj ako sekundárne merania v štúdiách primárne zameraných na iné ochorenie (ako sa ukázalo v tejto nedávnej štúdii⁠ o kardiovaskulárnych ochoreniach). Existuje viac príležitostí na ďalšie využitie modernej proteomiky a iných metód odberu vzoriek od pacientov, keďže umelá inteligencia dokáže pochopiť zložitejšie biologické signály.

Alzheimerova choroba zostáva jednou z najnaliehavejších výziev v medicíne a pokrok závisí od prepojenia vedeckých objavov so starostlivosťou o našich pacientov. Táto spolupráca nám umožňuje prepojiť popredné svetové úsilie – od pokrokov v dizajne proteínov až po hlboké klinické a biologické poznatky tu na UCSF – s cieľom lepšie pochopiť ochorenie a identifikovať nové cesty liečby. Vďaka umelej inteligencii, ktorá nám pomáha integrovať tieto poznatky a pochopiť obrovskú komplexnosť, máme príležitosť urýchliť objavy, ktoré by mohli zmysluplne zmeniť životy pacientov.

—S. Andrew Josephson, MD, profesor a vedúci katedry neurológie na UCSF a Weill Institute for Neurosciences na UCSF

5. Testovať nepatentované liečby a využívať umelú inteligenciu na čo najlepšie pochopenie anonymizovaných údajov a skúseností pacientov hlásených online. Existuje množstvo intervencií, pri ktorých existujú sugestívne dôkazy o účinku – napríklad lítium orotát⁠ a nepatentovaná vakcína proti pásovému oparu⁠ – ale kde sú potrebné ďalšie kvalitné dôkazy a súkromný sektor nie je motivovaný platiť za klinické skúšky.

Dúfam, že schopnosť fyziologickej dávky lítium orotátu zvrátiť patológiu a obnoviť pamäť u myších modelov s Alzheimerovou chorobou sa prenesie aj na starnúcu ľudskú populáciu. Lítium je to, čo poháňa naše telefóny, notebooky a elektromobily. Myslím si, že mozog možno využil svoju jedinečnú elektrochémiu skôr než my.

—Bruce Yankner, MD, PhD, profesor genetiky a neurológie na Harvardskej lekárskej fakulte a jeden z riaditeľov Glennovho centra pre výskum biológie starnutia na Harvarde

Iteratívne učenie

Budeme napredovať vo všetkých piatich týchto frontoch naraz, aby sme doplnili ďalšie úsilie vo výskumnom ekosystéme. Očakávame, že naše existujúce prístupy rozšírime po získaní ďalšej spätnej väzby od výskumnej komunity, aby sme spoločne mohli zistiť, ako predchádzať Alzheimerovej chorobe a ako ju liečiť.

Tým, že budeme Alzheimerovej chorobe čeliť priamo, sa usilujeme nielen pomôcť zmeniť priebeh tohto ochorenia, ale aj vytvoriť nástroje a poznatky, ktoré môžu urýchliť pokrok aj v boji proti mnohým ďalším.

* * *

Ak máte záujem o odber noviniek od OpenAI Foundation, prihláste sa na odber tu⁠. Ak chcete kontaktovať náš tím pre biologické vedy a liečbu chorôb, kontaktujte nás na adrese [email protected]⁠.

Okrem akademických článkov sme vďační čitatelia správ, dlhých článkov a blogových príspevkov o umelej inteligencii a vede. Hoci nesúhlasíme so všetkými tvrdeniami v týchto článkoch, zahŕňa to túto správu Národných akadémií⁠, tento prehľadový článok o vývoji liekov na Alzheimerovu chorobu⁠, súhrny medicínskeho pokroku na vysokej úrovni, ako napríklad tento článok o úmrtnosti na kardiovaskulárne ochorenia⁠, tento vedecký blogový príspevok⁠ o ťažkostiach s pokrokom umelej inteligencie v medicíne a tento nápad s klinickými údajmi od IFP⁠.

Odporúčame vám zverejniť analýzy a poslať nám e-mailom odkaz, ak si myslíte, že by nám daný pohľad mohol byť užitočný.