Машинне навчання дозволить швидко аналізувати нанопрепарати для імунотерапії раку

Сферична нуклеїнова кислота (СНК) з ядром і без. Ефективне програмування цієї частинки допоможе формувати імунну відповідь у таких складних хворобах як рак.

Завдяки здатності лікувати різноманітні хвороби, сферична нуклеїнова кислота (СНК) може справити революцію в медицині. Але перед тим як запрограмовані наноструктури повністю розкриють свій потенціал, дослідникам треба оптимізувати компоненти в їх складі.

Група вчених з Північно-Західного університету (Northwestern University, США) під керівництвом піонера нанотехнології Чада Міркіна (Chad A. Mirkin) розробила шлях оптимізації цих перспективних частинок. Тепер наука на крок ближче до вирішення проблеми лікування різних форм раку, генетичних захворювань, захворювань нервової системи і багато чого іншого.

«Сферична нуклеїнова кислота являє собою новий клас ліків, які вже проходять клінічні досліди на п'яти людинах з різними хворобами, включаючи гліобластому (найбільш поширена і смертельна форма раку мозку) і псоріаз», - кажуть Міркін, винахідник СНК, і Джордж Б. Ратманн (George B. Rathmann), професор хімії в Колts

Нове дослідження, опубліковане в Nature Biomedical Engineering, детально описує метод оптимізації із застосуванням машинного навчання для швидкого синтезу, вимірювання та аналізу діяльності і властивостей структур СНК.

Дослідники визначили близько тисячі потенційно корисних СНК і одинадцять проектних параметрів, зміну яких можна використовувати для оптимізації продуктивності сферичних нуклеїнових кислот. Для швидкого вимірювання імунної активації СНК вчені використовували мас-спектрометричний аналіз, а для її цифрового моделювання та визначення мінімальної кількості частинок, здатної запустити оптимальну активність, - машинне навчання.

СНК винайдена і розроблена в Північно-Західному університеті, це наноструктури, що складаються з шароподібних форм ДНК і РНК, скомпонованих на поверхні наночастинки. Дослідники можуть запрограмувати СНК для точного, персоналізованого лікування, зокрема для відключення конкретних генів, придушення клітинної активності, а також для стимулювання власної імунної відповіді організму на різні захворювання, включаючи деякі форми раку.

СНК складно оптимізувати через її структуру, а також розмір і конфігурацію частинки: послідовність ДНК і включення інших молекулярних компонентів можуть варіювати безліччю способів - все це впливає на ефективність запуску імунної відповіді. Наприклад, здатність стимулювати імунну відповідь може залежати від розміру наночастинки, її складу та/або того, як молекула ДНК розташована на її поверхні.

«Завдяки новій інформації дослідники можуть ранжувати структурні змінні в порядку важливості та ефективності, це допоможе встановити правила ефективного програмування СНК», - говорить Ендрю Лі (Andrew Lee), співавтор дослідження.

«Ця робота показує, що ми можемо розібратися зі складністю просторового дизайну СНК, що дозволить нам сфокусуватися на їх найбільш перспективних структурних особливостях, і, врешті-решт, розробити потужний засіб для боротьби з раком», - додає Чад Міркін.