Dalla scoperta della penicillina alla fine degli anni ’20, gli antibiotici hanno “rivoluzionato la medicina e salvato milioni di vite“. Sfortunatamente, l’efficacia degli antibiotici è ora minacciata dall’aumento dei batteri resistenti agli antibiotici a livello globale.
Le infezioni resistenti agli antibiotici causano la morte fino a 1,2 milioni di persone all’anno, rendendole una delle principali cause di morte.
Ci sono diversi fattori che contribuiscono a questa crisi di resistenza agli antibiotici. Questi includono l’abuso e l’abuso di antibiotici nei trattamenti. Inoltre, le aziende farmaceutiche sono eccessivamente regolamentate e disincentivate dallo sviluppo di nuovi farmaci.
L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che 10 milioni di persone moriranno a causa di tali infezioni entro il 2050.
Gli impatti delle infezioni resistenti agli antibiotici sono di ampia portata. In assenza di un’efficace prevenzione e cura delle infezioni batteriche, le procedure mediche come i trapianti di organi, la chemioterapia e il taglio cesareo diventano molto più rischiose. Questo perché la gravità delle infezioni correlate ai batteri è in aumento e le infezioni non trattate possono causare una varietà di problemi di salute.
Alla scoperta di nuovi antibiotici
Gli antibiotici curano le malattie attaccando i batteri che le causano distruggendoli o impedendo loro di riprodursi.
La scoperta di nuovi antibiotici ha il potenziale per salvare milioni di vite. L’ultima scoperta di una nuova classe di antibiotici risale al 1984. Ma non è facile trovare un antibiotico veramente nuovo: solo un antibiotico su 15 che entra nello sviluppo preclinico raggiunge i pazienti.
Lo sviluppo di un nuovo farmaco è un processo costoso e spesso lungo. Inoltre, il processo di portare nuovi farmaci sul mercato e renderli accessibili presenta sfide formidabili.
È qui che entra in gioco l’intelligenza artificiale (AI), perché consente ai ricercatori di progettare e valutare in modo rapido e accurato potenziali farmaci.
Il ruolo dell’intelligenza artificiale nella progettazione di farmaci
C’è stata un’esplosione nella ricerca negli ultimi anni nell’uso dell’intelligenza artificiale per la progettazione e la scoperta di farmaci. L’intelligenza artificiale può identificare nuovi antibiotici strutturalmente distinti da quelli attualmente disponibili ed efficaci contro una serie di batteri.
Per scoprire antibiotici più efficaci, dobbiamo comprendere le basi strutturali della resistenza e questa comprensione consente principi di progettazione razionale. Lo sviluppo di efficaci antibiotici di seconda generazione comporta spesso l’ottimizzazione dei farmaci di prima generazione.
Nello sviluppo di farmaci, viene spesa una notevole quantità di denaro per sviluppare e valutare ogni generazione di composti. I ricercatori possono utilizzare gli strumenti di intelligenza artificiale per insegnare ai computer stessi a trovare modi rapidi ed economici per scoprire tali nuovi farmaci.
L’intelligenza artificiale sta già mostrando risultati promettenti nella ricerca di nuovi antibiotici. Nel 2019, i ricercatori hanno utilizzato un approccio di apprendimento approfondito per identificare l’antibiotico ad ampio spettro Halicin. Halicin aveva precedentemente fallito gli studi clinici come trattamento per il diabete, ma l’AI ha suggerito un’applicazione diversa.
Data l’identificazione precoce di un antibiotico così potenzialmente potente utilizzando l’intelligenza artificiale, potrebbe essere identificato un gran numero di tali antibiotici ad ampio spettro che potrebbero essere efficaci contro una serie di batteri. Questi farmaci devono ancora essere sottoposti a studi clinici.
I ricercatori del National Institutes of Health degli Stati Uniti hanno sfruttato il potere predittivo dell’IA per dimostrare il potenziale dell’IA per accelerare il processo di selezione di futuri antibiotici.
L’intelligenza artificiale può essere addestrata per selezionare e scoprire nuovi farmaci molto più velocemente: il laboratorio della Concordia University sta utilizzando questo approccio per identificare gli antibiotici che potrebbero prendere di mira l’RNA batterico.
Apprendimento algoritmico
I ricercatori progettano un algoritmo che utilizza i dati di database come ZINC (una raccolta di sostanze chimiche disponibili in commercio che possono essere utilizzate per lo screening virtuale) per capire come si relazionano le molecole e le loro proprietà. I modelli AI estraggono informazioni dal database per analizzarne i modelli.
I modelli creati dall’algoritmo vengono addestrati su dati preesistenti. L’intelligenza artificiale può vagliare rapidamente enormi quantità di dati per comprendere modelli importanti nel contenuto o nella struttura di una molecola.
Abbiamo visto il potenziale degli attuali modelli per prevedere correttamente come interagirebbero le proteine batteriche e gli agenti antibatterici. Ma per massimizzare le capacità predittive dell’IA, sarà ancora necessario un ulteriore perfezionamento.
Limiti dell’IA
I ricercatori non hanno ancora esplorato il pieno potenziale dei modelli di intelligenza artificiale. Con ulteriori sviluppi, come l’aumento della potenza di calcolo, l’intelligenza artificiale può diventare uno strumento importante nella scienza. Lo sviluppo dell’intelligenza artificiale nella ricerca sulla scoperta di farmaci, così come la ricerca di nuovi antibiotici per il trattamento delle infezioni batteriche, è un lavoro in corso.
La capacità dell’intelligenza artificiale di prevedere e identificare con precisione i lead ha mostrato risultati promettenti.
Anche se alimentato da potenti approcci di intelligenza artificiale, trovare nuovi farmaci non sarà facile. Dobbiamo capire che l’intelligenza artificiale è uno strumento che contribuisce alla ricerca identificando o prevedendo un risultato di una domanda di ricerca.
L’intelligenza artificiale è oggi implementata in numerosi settori e sta già cambiando il mondo. Ma non è un sostituto di uno scienziato o di un dottore. L’intelligenza artificiale può aiutare il ricercatore a migliorare o accelerare il processo di scoperta di nuovi farmaci.
Anche se c’è ancora molta strada da fare prima di poter utilizzare appieno questo metodo, non c’è dubbio che l’intelligenza artificiale cambierà in modo significativo il modo in cui i farmaci vengono scoperti e sviluppati.
Autore
Vrinda Nair, Rachael (Ré) A Mansbach, Concordia University
