الذكاء الاصطناعي يحدث ثورة في تصميم لقاحات الحمض النووي الريبوزي (RNA) وتوصيل العلاجات الجينية
كتبت:- أمل علوي
كشف باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) عن نموذج جديد يعتمد على الذكاء الاصطناعي يمكنه تسريع تصميم الجسيمات النانوية الدهنية (LNPs) بشكل كبير، مما يزيد من كفاءة توصيل لقاحات وعلاجات الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى الخلايا المستهدفة، وهو إنجاز من شأنه إحداث طفرة في تطوير أدوية السمنة والسكري والأمراض الأيضية.
التحدي: تعقيد تصميم الجسيمات النانوية
تعد الجسيمات النانوية الدهنية (LNPs) هي الشاحن الأساسي للقاحات RNA، مثل لقاحات كوفيد-19، حيث تحمي المادة الوراثية وتساعدها على الدخول إلى الخلايا. يتكون LNP نموذجي من أربعة مكونات رئيسية (كوليسترول، ليبيد مساعد، ليبيد أيوني، ولليبيد متصل بالبولي إيثيلين جلايكول – PEG). وجود آلاف المتغيرات لكل مكون يعني وجود عدد هائل من التركيبات المحتملة، مما يجعل عملية الاختبار التقليدية معقدة وبطيئة للغاية.
الحل: نموذج COMET القائم على الذكاء الاصطناعي
لتجاوز هذه العقبة، طور الفريق البحثي بقيادة البروفيسور جيوفاني ترافيرسو نموذجاً للذكاء الاصطناعي يحمل اسم COMET، مستوحى من نفس البنية التحتية (Transformer) التي تعمل بها نماذج اللغة الكبيرة مثل ChatGPT.
كيف يعمل؟ بدلاً من تحسين مركب واحد، يتعلم COMET كيف تتفاعل المكونات الكيميائية المختلفة معاً داخل الجسيم النانوي لتؤثر على خصائصه، مثل قدرته على توصيل RNA إلى الخلايا.
التدريب: قام الباحثون أولاً بإنشاء مكتبة تحتوي على حوالي 3000 تركيبة مختلفة من LNPs واختبروا كفاءة كل منها في المختبر. ثم تم تغذية هذه البيانات الضخمة في نموذج COMET لتدريبه.
نتائج مذهلة وتطبيقات مستقبلية واسعة
أثبت النموذج دقته وفعاليته بشكل لافت:
كفاءة أعلى: توقعت الخوارزمية تركيبات جديدة للجسيمات النانوية تفوقت في الأداء على تلك الموجودة في بيانات التدريب، بل وتفوقت في بعض الحالات على التركيبات التجارية المستخدمة حالياً.
توصيل مستهدف: استطاع النموذج التنبؤ بأفضل التركيبات للتوصيل إلى أنواع خلايا محددة، مثل خلايا Caco-2 المستخدمة في أبحاث الجهاز الهضمي.
مركبات جديدة: نجح COMET في دمج مكون خامس جديد هو بوليمرات PBAEs في تركيب الجسيمات النانوية، مما يعزز من أدائها.
تحسين التخزين: تنبأ النموذج بأفضل الجسيمات التي يمكنها تحمل عملية التجميد-التجفيف (Lyophilization) الضرورية لإطالة عمر الأدوية.
آفاق واعدة: ما وراء اللقاحات
بينما بدأ الأمر بلقاحات RNA، فإن تطبيقات هذه التكنولوجيا تمتد إلى آفاق أوسع بكثير. يعمل الفريق بالفعل على:
تطوير علاجات جديدة للسمنة ومرض السكري، بما في ذلك أدوية تحاكي عمل عقار “أوزمبيك” (GLP-1 mimics) ولكن يمكن توصيلها بفعالية أكبر.
تمول وكالة ARPA-H الأمريكية مشروعاً طموحاً لتطوير أجهزة قابلة للابتلاع لتوصيل العلاجات واللقاحات RNA عن طريق الفم، وهو ما سيكون ثورياً في مجال الطب.
يؤكد البروفيسور ترافيرسو: “هذه الأداة تتيح لنا تكييفها مع مجموعة كاملة من الأسئلة المختلفة وتسريع التطوير. لقد قمنا بعملية تدريب كبيرة، ولكن الآن يمكنك إجراء تجارب أكثر تركيزاً والحصول على مخرجات مفيدة للإجابة على أسئلة متنوعة للغاية”.
هذا المحتوى تم باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي.
