Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch vừa công bố một bước tiến đột phá trong lĩnh vực miễn dịch học là sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để thiết kế các protein siêu nhỏ giúp tế bào T của con người nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư hắc tố (melanoma) một cách chính xác.
Đây là một hệ thống điều hướng phân tử giúp các tế bào miễn dịch định vị chính xác tế bào ung thư, tương tự như cách Google Maps dẫn người dùng đến một địa chỉ mới, Cốt lõi của hệ thống này là các protein tí hon được thiết kế đặc biệt bởi AI.
Theo ông Timothy Jenkins, trưởng nhóm nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, phương pháp này là một dạng liệu pháp miễn dịch và hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của nhóm là phát triển các phương pháp điều trị ung thư mà các bác sĩ có thể sử dụng, thậm chí có thể cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.
Dù vẫn đang ở giai đoạn đầu, công trình này cho thấy sức mạnh của AI trong việc thiết kế protein tổng hợp. Theo ông Stanley Riddell, nhà nghiên cứu liệu pháp miễn dịch tại Trung tâm Ung thư Fred Hutch ở Seattle, những mô hình như vậy có khả năng tạo ra một loại thuốc điều trị hoàn toàn mới cho nhiều loại bệnh, không chỉ riêng ung thư.
Trước đó, đầu năm nay, Jenkins và các đồng nghiệp cũng đã công bố một đột phá tương tự của AI trong một lĩnh vực y học khác là thiết kế protein phục vụ việc điều chế thuốc giải độc rắn.
Trong dự án lần này, nhóm tập trung vào việc nâng cao khả năng "truy tìm kẻ địch" của tế bào T. Dù các tế bào T có thể tự chiến đấu với ung thư, nhưng đôi khi chúng gặp khó khăn trong việc nhận diện tế bào ung thư.
Vì vậy, các nhà khoa học đã chỉnh sửa gen để gắn thêm các protein siêu nhỏ do AI thiết kế lên bề mặt tế bào T. Những protein này hoạt động như một hệ thống GPS, dẫn đường tế bào T đến đúng mục tiêu ung thư. Công trình này được phát triển dựa trên các kỹ thuật liệu pháp miễn dịch khác như liệu pháp CAR T-cell và TCR, vốn cũng nhằm mục đích tăng cường khả năng tiêu diệt ung thư của hệ miễn dịch.
Để thiết kế protein tùy chỉnh, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ba mô hình AI. Đầu tiên, nhóm nhập cấu trúc của mục tiêu ung thư vào một mô hình AI tạo sinh có tên RFdiffusion. AI sẽ đề xuất các hình dạng protein phù hợp như chìa khóa với ổ khóa.
Mô hình AI thứ hai sẽ gợi ý các chuỗi amino acid có khả năng tự gấp lại thành đúng hình dạng mong muốn. Cuối cùng, nhóm dùng mô hình AI thứ ba để kiểm tra và sàng lọc hàng chục nghìn thiết kế, chọn ra 44 mẫu tiềm năng để thử nghiệm trong phòng lab.
Kết quả cho thấy một trong số các thiết kế hoạt động vượt trội. Trong thí nghiệm, các tế bào T được gắn protein thiết kế bằng AI trên bề mặt có thể tiêu diệt nhanh tế bào ung thư hắc tố (melanoma) và ngăn không cho ung thư phát triển.
So với phương pháp truyền thống vốn mất nhiều tháng để tìm kiếm các thụ thể T có khả năng nhận diện kháng nguyên ung thư tự nhiên trong cơ thể người thì cách tiếp cận bằng AI chỉ mất vài ngày để thiết kế và vài tuần để thử nghiệm.
“Phương pháp cũ rất tốn công và thường không cho kết quả như mong đợi”, bác sĩ Christopher Klebanoff từ Trung tâm Ung thư Memorial Sloan Kettering nhận xét.
Klebanoff cho rằng công trình mới là một bước tiến quan trọng nhưng ông vẫn tò mò liệu các protein do AI thiết kế sẽ hoạt động thế nào bên trong cơ thể.
Ngoài ra, theo Kristoffer Haurum Johansen, nhà miễn dịch học tổng hợp cũng thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, công trình này vẫn cần thêm thời gian để chứng minh hiệu quả trong cơ thể người. Trước khi được đưa vào thử nghiệm lâm sàng, các protein do AI thiết kế sẽ phải trải qua nhiều thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên động vật, quá trình có thể kéo dài vài năm.
Tuy nhiên, hiện tại, công trình của nhóm đã bổ sung thêm một công cụ tiềm năng mới trong kho vũ khí chống ung thư, mở ra hướng đi mới cho những liệu pháp điều trị được thiết kế nhanh hơn, chính xác hơn và cá nhân hóa hơn trong tương lai.
