پیش‌بینی پاسخ‌های ایمنی بدن به نانوذرات DNA با کمک هوش مصنوعی

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، با نزدیک شدن فناوری‌های جدید زیست‌پزشکی به آزمایش‌های بالینی، درک تعاملات آن‌ها با سیستم ایمنی انسان به یک نگرانی اساسی تبدیل می‌شود. شناسایی واکنش‌های ناخواسته ایمنی می‌تواند منجر به عوارض جانبی شدیدی شود که نه تنها توسعه بیشتر مواد مورد بررسی را متوقف کند، بلکه بر کل زمینه تحقیقاتی نیز تأثیر منفی می‌گذارد.

همین مفهوم به طور طبیعی در مورد اسید‌های نوکلئیک درمانی (TNA) که به طور قابل توجهی بر حوزه نانوپزشکی تأثیر گذاشته و منجر به توسعه نانوذرات اسید نوکلئیک (NANPs) شده است، صدق می‌کند. این مواد جدید تنها از رشته‌های RNA و یا DNA کوتاه مهندسی شده‌اند که خود به خود در معماری‌های تعریف‌شده با ترکیب‌ها، اندازه‌ها و شکل‌های مختلف جمع‌آوری می‌شوند. در نتیجه خواص فیزیکی، شیمیایی و عملکرد‌های درمانی دقیقاً کنترل‌شده‌ای دارند.

 نانوذرات اسید نوکلئیک پتانسیل درمان بیماری‌های مختلف از جمله سرطان‌ها، بیماری‌های عفونی و بیماری‌های قلبی عروقی را دارند. با این حال، درک تعامل آن‌ها با سیستم ایمنی بدن انسان برای ترجمه بالینی آن‌ها حیاتی است.

پروفسور کریل آفونین می‌گوید: «ویژگی‌های منحصر به فرد  نانوذرات اسید نوکلئیک به این معنی است که  ایمنی آن‌ها را نمی‌توان از اسید‌های نوکلئیک درمانی‌های معمولی تشخیص داد. توانایی پیش‌بینی نحوه تعامل  نانوذرات اسید نوکلئیک با سیستم ایمنی می‌تواند به توسعه فرمولاسیون‌های متناسب با اثرات درمانی بهینه و فعالیت ایمنی کنترل‌شده منجر شود.»

یادگیری عمیق به طور قابل توجهی زمینه‌های تحقیقاتی مختلف از جمله بینایی کامپیوتر و پردازش زبان طبیعی را پیشرفت داده است. همچنین به طور گسترده در تحقیقات زیست پزشکی، مانند کشف دارو و ژنومیک استفاده می‌شود. در ژنومیک، مدل‌های یادگیری عمیق مبتنی بر توالی از یادگیری ماشینی کلاسیک پیشی گرفته‌اند، و امکان پیش‌بینی کارآمد عملکرد، منشأ و ویژگی‌های توالی‌های DNA و RNA را از طریق آموزش شبکه‌های عصبی روی مجموعه‌های داده بزرگ فراهم می‌کنند.

توسعه ابزار‌های یادگیری به کمک رایانه می‌تواند تنها بر اساس ترکیب توالی واکنش ایمنی  نانوذرات اسید نوکلئیک را پیش بینی می‌کند و ترجمه این فناوری امیدوارکننده را سرعت می‌بخشد و تیم‌های تحقیقاتی بیشتری را به حوزه نوظهور نانوتکنولوژی RNA می‌آورد.

اکنون، یک تیم بین رشته‌ای به رهبری آزمایشگاه آفونین در UNC شارلوت، ابزار بی‌سابقه‌ای مبتنی بر هوش مصنوعی توسعه داده‌اند که می‌تواند پاسخ‌های ایمنی سلول‌های ایمنی انسان (به‌ویژه سلول‌های تک هسته‌ای خون محیطی یا PBMC) را هنگام مواجهه با نانوذرات اسید نوکلئیک یا سایر اسید‌های نوکلئیک درمانی پیش‌بینی کند.

مدل‌های با عملکرد برتر اکنون از طریق ابزار آنلاینی به نام «سلول ایمنی مصنوعی» یا سلول هوش مصنوعی به‌طور رایگان در دسترس جامعه تحقیقاتی قرار دارند. این ابزار می‌تواند برای پیش‌بینی پاسخ‌های ایمونولوژیکی هر معماری جدید اسید نوکلئیک مورد استفاده قرار گیرد.