AI u borbi protiv pandemije

Računalni znanstvenici uvjereni su da će umjetna inteligencija revolucionirati medicinu. Kakav doprinos možete dati danas u borbi protiv pandemije korone?

Istraživači širom svijeta grozničavo traže lijekove i cjepiva protiv SARS-CoV-2. Unatoč prvim izvještajima o uspjehu, veliki proboj tek dolazi. Ipak, može se predvidjeti da će to biti puno brže nego kod prijašnjih epidemija. Jer je pritisak neizmjeran. Na tome, osim liječnika i farmakologa, rade i informatičari. Na njihovom polju, prije svega istraživanja AI mogu dati svoj doprinos u borbi protiv virusa.

Automatizirano inteligentno ponašanje

Umjetna inteligencija (AI) grana je računalne znanosti koja se bavi automatizacijom inteligentnog ponašanja. Simulira inteligenciju nalik čovjeku. Računala su programirana na takav način da mogu samostalno raditi na problemima. Umjetne neuronske mreže igraju ključnu ulogu: oponašaju obradu informacija u ljudskom mozgu. AI je u našim pametnim telefonima, nadzirat će naše automobile u budućnosti, umrežavati naše kuće - a sada također pobjeđuje svjetske prvake u šahu. Na primjer, u medicini programi AI prepoznaju stanice raka ili pomažu u potrazi za pojedinačno prikladnim lijekovima. I započinju s ključnim točkama u borbi protiv pandemije. AI može pomoći:
• predvidjeti širenje virusa,
• prepoznati ljude koji su posebno izloženi riziku,
• dijagnosticirati bolest,
• razviti lijekove protiv
• procijeniti učinkovitost protumjera,
• predvidjeti sljedeću pandemiju.

AI u razvoju lijekova

Na primjer, na Sveučilištu Oldenburg istraživači koriste AI za razvoj lijekova. "AI će imati ogromne koristi za medicinu: i u osnovnim istraživanjima, kako ih mi radimo, i u primjeni", uvjeren je Oliver Kramer. Profesor za računalnu inteligenciju specijalist je za algoritme učenja, točnije za takozvano duboko učenje.Zajedno sa svojim timom od pet zaposlenika i velikim računalnim kapacitetima, on traži posebne molekule koje imaju sposobnost pristajanja na površinu SARS-CoV-2 i sprječavanja njegovog razmnožavanja u ljudskom tijelu. Zovu se inhibitori proteaze.

"Kad su nam krajem veljače postale jasne ozbiljnost pandemije i hitnost pronalaska novih lijekova, u potpunosti smo se koncentrirali na tu temu. Znao sam potencijal naših metoda i znao sam što je s njima moguće", kaže Kramer. Ključ njegovog pretraživanja - i pretraživanja njegovih kolega širom svijeta - su ogromne baze podataka. U njemu su pohranjeni struktura i način djelovanja mnogih milijuna molekula. Istraživači Oldenburga računala pretražuju baze podataka kako bi pronašli poznate molekule.

Virtualno traženje molekula

"Važan korak u replikaciji virusa je takozvana proteaza. Protein reže duge molekule na manje dijelove poput škara. Te" škare "virusa mogu se blokirati pričvršćivanjem male molekule", objašnjava Kramer; princip koji se već uspješno koristi protiv virusa HI. Međutim, tamo su istraživačima trebala desetljeća da pronađu pravu molekulu. "Pomoću AI sada možete ubrzati potragu za koronavirusom", kaže Kramer. Problem: Postoje milijarde mogućih molekula, a time i potencijalnih lijekova.

Da bi saznao koje od ovih molekula blokiraju škare, AI dizajnira nove molekule. "Oslanjamo se na dvije metode. U svojevrsnoj umjetnoj evoluciji, AI generira nove molekule mutacijom i omogućuje onima koji su uspješni u simulacijama da prežive. Nakon mnogih generacija, molekule se prilagođavaju zadatku inhibicije virusa." Da bi ubrzao ovaj proces, AI iz velikih baza podataka uči kako obično izgledaju uspješni aktivni sastojci. "U osnovi uči jezik molekula aktivnih sastojaka i predlaže sve bolje molekule u svakoj generaciji", objašnjava Kramer. Kandidati koji najviše obećavaju moraju na kraju proći sve standardne kliničke testove na pacijentu. Tu se traži normalno farmaceutsko istraživanje.

Od računala do laboratorija

Istraživači u Grazu također koriste računala za pretraživanje baza podataka širom svijeta u potrazi za poznatim i potencijalno učinkovitim tvarima. Tvrtka početnica Innophore izdvojena je sa Sveučilišta u Grazu. U suradnji sa Sveučilištem Harvard i Googleom, istraživači traže oružje protiv virusa korone. Fokus je na određenom proteinu koji virus treba umnožiti.

Christian Gruber, kemičar i direktor tvrtke, traži aktivni sastojak koji inhibira ovaj protein. I uvjeren je: "Globalni napori u razvoju lijekova protiv Covid-19 ogromni su. Mnogo novih kandidata za drogu pronađeno je na računalno podržanim projekcijama poput one koju radimo ovdje. Pronađeni kandidati bit će dodatno testirani u laboratoriju," objašnjava. U budućnosti se lijekovi koji su spremni za tržište mogu proizvoditi od kandidata koji se pokažu učinkovitima u laboratoriju, a zatim u kliničkim studijama. Međutim, treba vremena da se osigura njegova učinkovitost i sigurnost. "Ovaj proces obično traje deset do 15 godina. Međutim, trenutno se razvojno polje trenutno kreće brzom trakom, bit će puno brže."

Umjetna inteligencija u svakodnevnom bolničkom životu

Uz važna temeljna istraživanja, AI će u budućnosti moći podržavati i svakodnevni klinički rad. Ludwig Christian Hinske profesor je medicinske informatike na Institutu za obradu medicinskih informacija, biometriju i epidemiologiju Sveučilišta u Münchenu. Bavi se obradom i korištenjem medicinskih podataka. Konkretno, razvija metode za procjenu podataka, poboljšavajući određene procese u klinikama i poboljšavajući sigurnost podataka.

To u početku zvuči apstraktno, ali ove metode izuzetno pomažu u svakodnevnoj kliničkoj praksi. A Hinske je uvjeren da će se u budućnosti upotrebljavati još opsežnije: "Korištenje AI-a kreće se od inteligentnog planiranja resursa u bolnicama, poput izrade optimiziranih operacijskih sala i rasporeda dežurstava, do visoko personalizirane medicine." Međutim, ograničava činjenicu da se infrastruktura potrebna za to tek stvara u okviru inicijative za medicinsku informatiku. "Stoga još uvijek nije moguća široka rutinska upotreba uz bolesnikov krevet."