南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院利用 AI 技術(shù)將腦癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為免疫細(xì)胞，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型中將生存機(jī)會提高了 75%。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 (GBM) 是最常見和最致命的腦癌，以其高侵襲性、高復(fù)發(fā)率和低生存率著稱，患者在確診后，平均預(yù)期壽命往往只有一年左右。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是僅次于腦膜瘤的第二最常見的腦腫瘤，每年每 10 萬人中約出現(xiàn) 3 起病例。
在未經(jīng)治療的情況下，生存期通常僅剩 3 個月，僅有不到 10% 的患者能在確診后活過了五年。而且由于多種原因，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療非常困難。
盡管免疫療法對其他癌癥有效，但由于血腦屏障 (BBB)，免疫細(xì)胞很難到達(dá)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，而且還可能導(dǎo)致腦損傷。
面對這一醫(yī)學(xué)難題，南加州大學(xué) (USC) 凱克醫(yī)學(xué)院的學(xué)者在美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的支持下進(jìn)行了一系列新研究，采用人工智能技術(shù)來控制細(xì)胞的命運(yùn) —— 將癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為免疫細(xì)胞。
研究人員發(fā)現(xiàn)可，以利用人工智能來識別并重新編程膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的基因，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闃渫粻罴?xì)胞 (DC)，從而有效地瞄準(zhǔn)并摧毀它們周圍的癌細(xì)胞。
在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型中，該方法將生存機(jī)會提高了 75%。研究結(jié)果剛剛發(fā)表在美國癌癥研究協(xié)會旗下期刊《癌癥免疫學(xué)研究》上。
論文地址：https://doi.org/10.1158/2326-6066.CIR-23-0721
在這項(xiàng)新研究中，研究小組利用人工智能找到了一組可以將人類 GBM 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為 DC 細(xì)胞的基因，可以將遺傳物質(zhì)嵌入病毒載體并將其傳遞給 GBM 患者。
David Tran 博士是該研究的主要作者，也是凱克醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科和神經(jīng)病學(xué)副教授以及神經(jīng)腫瘤科主任，他還領(lǐng)導(dǎo)了南加州大學(xué)諾里斯綜合癌癥中心和腦腫瘤中心。
「這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究利用人工智能的力量將膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化為免疫激活細(xì)胞，標(biāo)志著癌癥免疫治療的重大進(jìn)步，」David Tran 博士說。
「通過讓癌癥自身的細(xì)胞對抗它，我們正在為更有效的治療鋪平道路，并為與這種癌癥和許多其他侵襲性癌癥作斗爭的患者提供新的希望?！?/p>
控制細(xì)胞的命運(yùn)
樹突狀細(xì)胞在激活免疫反應(yīng)、采集抗原并將其呈遞給其他免疫細(xì)胞方面至關(guān)重要。
樹突狀細(xì)胞的 3D 模型
樹突狀細(xì)胞在激活免疫反應(yīng)中起著核心作用，它們從抗原 (如癌細(xì)胞) 中取樣，并將其呈現(xiàn)給其他免疫細(xì)胞，包括 T 細(xì)胞軍團(tuán)。
盡管之前的研究表明樹突狀細(xì)胞可以對抗 GBM，但研究人員尚未找到可靠的方法，讓它們穿過血腦屏障并進(jìn)入腫瘤。
因此，研究小組通過對腫瘤內(nèi)已有的癌細(xì)胞進(jìn)行重新編程，繞過了這個巨大的困難。
然而，特異性是一個重要的考慮因素。
「我們不想給患者注射把所有種類細(xì)胞都轉(zhuǎn)化為樹突狀細(xì)胞的東西，」Tran 博士說。
研究團(tuán)隊(duì)利用人工智能的高計(jì)算能力，開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對數(shù)以萬計(jì)的基因和數(shù)百萬個基因間連接進(jìn)行了深度分析。
這一方法能夠準(zhǔn)確識別出靶向膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，然后將其進(jìn)行重新編程，轉(zhuǎn)化為為類似樹突狀細(xì)胞的基因組合。
這一過程不僅復(fù)雜且極具挑戰(zhàn)性，但人工智能的介入極大地加速了這一發(fā)現(xiàn)過程。
為了驗(yàn)證這一方法的有效性，研究團(tuán)隊(duì)在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠模型中進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。
他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過基因重編程的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞能夠顯著增強(qiáng)小鼠體內(nèi)的免疫反應(yīng)，有效抑制腫瘤的生長并延長小鼠的生存期。
當(dāng)與其他免疫療法一起使用時(shí)，對 GBM 細(xì)胞進(jìn)行重編程可以大大提高小鼠模型的免疫反應(yīng)和存活率。
當(dāng)與免疫檢查點(diǎn)治療相結(jié)合時(shí)，生存幾率提高了 75%；此外，當(dāng)與經(jīng)典的 DC 疫苗結(jié)合使用時(shí)，新方法使生存機(jī)會增加了一倍。但單獨(dú)使用這兩種療法都不能增加 GBM 患者的生存機(jī)會。
Tran 表示，「人工智能正在幫助我們解決對抗癌癥的關(guān)鍵問題，并為我們提供了操縱細(xì)胞命運(yùn)的強(qiáng)大方法?！?/p>
從實(shí)驗(yàn)室走向臨床
盡管目前的研究仍處于動物模型階段，但這一突破性成果已經(jīng)為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的臨床治療帶來了無限可能。
除了在小鼠身上進(jìn)行的概念驗(yàn)證研究外，研究人員還利用他們的人工智能系統(tǒng)識別了一組人類基因，這些基因可以將人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化為類似樹突狀細(xì)胞的細(xì)胞。
研究團(tuán)隊(duì)表示，他們接下來將對這些基因組合進(jìn)行微調(diào)，并計(jì)劃將其包裝到無害的病毒載體中，以便在動物模型中進(jìn)行進(jìn)一步的安全性和有效性測試。
Tran 說，「我們希望擴(kuò)大搜索范圍，在對患者進(jìn)行測試時(shí)，利用人工智能幫助我們找到可能的最佳組合?！?/p>
如果這種方法被認(rèn)為是安全有效的 —— 這意味著它改善了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型的結(jié)果，并且不會產(chǎn)生意想不到的副作用。
如果該方法被認(rèn)為安全有效，該團(tuán)隊(duì)將申請批準(zhǔn)在幾年內(nèi)開始對患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還希望利用他們的人工智能模型，探索更多可以重新編程其他類型癌細(xì)胞的基因組合，為更多類型的癌癥治療提供新的思路和方法。
他們相信，通過人工智能與基因工程的完美結(jié)合，人類將能夠解鎖更多治療癌癥的鑰匙，為更多患者帶來生命的希望。
參考資料：
https://www.ainews.com/p/ai-turns-glioblastoma-cells-immune-cells-cancer-treatment
https://keck.usc.edu/news/using-ai-usc-researchers-pioneer-a-potential-new-immunotherapy-approach-for-treating-glioblastoma/
本文來自微信公眾號：微信公眾號（ID：null），作者：新智元
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