Baidu Research, een bedrijf op het gebied van kunstmatige intelligentie (AI), heeft een nieuw algoritme onthuld om mRNA-vaccinsequenties te ontwerpen die voorheen onbereikbaar waren.
In validatietests met muizen leverde de AI-gestuurde software code voor COVID-19-vaccins op die tot 128 keer sterkere antilichaamreacties opwekte.
Het is ook bewezen dat het algoritme, genaamd LinearDesign, de houdbaarheid van de vaccins verzesvoudigt, zelfs bij blootstelling aan lichaamstemperaturen.
Voor de meeste vaccins is koude opslag vereist, en deze toestand bemoeilijkt de distributie-inspanningen, vooral in de warmere streken van de wereld.
Het vermogen om de houdbaarheid van vaccins te verlengen en hun tolerantie voor verschillende temperaturen te verbeteren, zou daarom een radicale impact kunnen hebben op immunisatie-inspanningen over de hele wereld.
De AI-tool die de onderzoekers ontwikkelen, kan toepassingen hebben die verder gaan dan vaccins en kan helpen bij het ontwerpen van effectieve nieuwe kankerbehandelingen, zei Dr. He Zhang, stafsoftware-ingenieur bij Baidu Research, vertelde Euronews Next.
Vorige week nog werden gepersonaliseerde mRNA-vaccins voor patiënten met alvleesklierkanker gepresenteerd veelbelovende resultaten In een kleine studie uitgevoerd door New Yorkse onderzoekers en het Duitse bedrijf BioNTech werd voorkomen dat de tumor terugkeerde bij de helft van de behandelde patiënten.
De studie gebruikte een mRNA-vaccin tegen alvleesklierkanker dat was afgestemd op de tumor van elke patiënt om mogelijk een immuunrespons op te wekken.
Messenger RNA (mRNA) geneeskunde is een nieuwe klasse medicijnen en vaccins die het kleine stukje genetisch materiaal, mRNA genaamd, gebruiken om de lichaamscellen te leren een eiwit te maken dat een immuunrespons tegen een specifieke ziekteverwekker, zoals een virus, triggert. Deze aanpak verschilt van traditionele vaccins, die verzwakte of geïnactiveerde delen van een specifieke ziekteverwekker gebruiken om het immuunsysteem te stimuleren.
Oncologie is een belangrijk gebied voor fabrikanten van mRNA-vaccins, en allergieën is een ander gebied. BioNTech – hetzelfde bedrijf dat samenwerkte met Pfizer om het mRNA COVID-19-vaccin te maken – bezit ook patentrechten op een mRNA-vaccinplatform ter bescherming tegen allergenen zoals graspollen en huisstofmijt.
Hoewel mRNA-geneeskunde veelbelovend is, komt het ook met zijn eigen reeks uitdagingen.
“mRNA-vaccins hebben vele levens gered,” zei Zhang, “maar er zijn nog steeds enkele problemen in termen van stabiliteit en dus werkzaamheid.”
De uitdaging om het mRNA intact te houden
Messenger-RNA is onstabiel omdat het enkelstrengs is, in tegenstelling tot DNA, dat dubbelstrengs is.
De enkelstrengige delen van ons mRNA worden gemakkelijker in stukken gehakt of afgebroken in segmenten – ofwel door het immuunsysteem, door watermoleculen, of zelfs voordat ze in je lichaam worden geïnjecteerd, legde Dr. Liang Huang, professor aan de Oregon State University en co-auteur van het LinearDesign-artikel.
En wanneer het mRNA in kleine stukjes wordt afgebroken, kan het niet de volledige boodschap naar de cellen overbrengen.
“Het doel is om het mRNA over de volledige lengte intact te houden,” zei Huang, en om dat te bereiken, moet het boodschapper-RNA zo compact mogelijk zijn.
“Met andere woorden, je wilt een mRNA ontwerpen dat vouwt en er meer op lijkt [double-stranded] DNA’, zei hij tegen Euronews Next.
En dat is precies wat het LinearDesign-algoritme deed.
Hoe werkt het LinearDesign-algoritme?
Het baanbrekende algoritme dat belooft een revolutie teweeg te brengen op het gebied van mRNA-therapeutica is eigenlijk niet nieuw.
Het LinearDesign-model is gebaseerd op een algoritme uit 1961 genaamd Lattice Parsing, oorspronkelijk uitgevonden voor natuurlijke taalverwerking en spraakherkenning.
“We gebruikten in feite hetzelfde algoritme zonder wijzigingen, de enige verandering is de invoer, de grammatica”, zei hij.
Het algoritme voor het parseren van roosters werd oorspronkelijk gebruikt om de meest waarschijnlijke zin te identificeren uit verschillende mogelijke alternatieven die vergelijkbaar klonken.
“Op de een of andere manier bestond de technologie al 60 jaar geleden”, zei Huang. “Het was gewoon wachten op ons om het verband te ontdekken tussen twee wijdverbreide velden: taalkunde en biologie.”
Met behulp van deze techniek vonden de onderzoekers een manier om het algoritme in slechts 11 minuten “het meest stabiele COVID-19-mRNA-vaccin” te laten maken.
Met andere woorden, ze identificeerden de veiligste structuur voor de mRNA-boodschapper om zich te verplaatsen en de boodschap aan cellen af te leveren.
Het doorlopen van alle mogelijke combinaties die het AI-algoritme heeft uitgevoerd om het meest stabiele vaccin te vinden, zou mensen “het leven van het universum hebben gekost: miljarden miljarden jaren”, zei Huang.
Is AI de toekomst van vaccins?
De Baidu-onderzoekers zijn van mening dat het LinearDesign-algoritme mRNA-technologie “nog populairder zal maken dan het momenteel is” en andere varianten van de technologie in staat zal stellen voet aan de grond te krijgen in meer medische gebieden.
De Franse gigant Sanofi, een farmaceutisch bedrijf met hoofdzetel in Parijs, heeft de LinearDesign-technologie al in licentie gegeven. De medicijnmaker pikte het eind 2021 op, toen de onderzoekers voor het eerst de preprint van hun studie publiceerden.
Het artikel is geschreven in samenwerking met Oregon State University, StemiRNA Therapeutics en het University of Rochester Medical Center en gepresenteerd in Wetenschappelijk tijdschrift Nature Eerder deze maand – werd voor het eerst gepubliceerd onder de “zeldzame optie van een versneld artikelvoorbeeld”, zei Huang, wat betekent dat het wetenschappelijke tijdschrift de studie publiceerde voordat het daadwerkelijk door het bewerkingsproces ging.
“De redacteur selecteerde ons voor een versneld artikelvoorbeeld omdat, citeer: ‘ze vonden dat dit relevant was voor de volksgezondheid en de pandemie.'”
Wetenschappers van Baidu Research zijn optimistisch dat mRNA-technologie in het komende decennium traditionele vaccins zal vervangen.
“Ik denk dat over ongeveer vijf jaar waarschijnlijk de hele mRNA-farmaceutische industrie dit algoritme zal gebruiken”, vertelde Huang aan Euronews Next, eraan toevoegend dat “mRNA-vaccins veel beter zijn, afgezien van de stabiliteit die we hebben opgelost.”