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Die zentralen Thesen
- Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Wissenschaftler künstliche Intelligenz entwickelt haben, um neue Verwendungsmöglichkeiten für bestehende Medikamente zu finden, ein Prozess, der auch als Wiederverwendung von Medikamenten bezeichnet wird.
- Die Wiederverwendung von Arzneimitteln kann den Zeitrahmen verkürzen, der normalerweise benötigt wird, um die Zulassung für neue Arzneimittel zu erhalten, und das Risiko verringern, das mit Sicherheitstests für neue Arzneimittel verbunden ist.
- Dieses Verfahren wurde bereits verwendet, um die Entwicklung von Arzneimitteln im Zusammenhang mit COVID-19 zu beschleunigen.
Neue Forschungsergebnisse, die Anfang dieses Monats von der Ohio State University (OSU) veröffentlicht wurden, zeigen, dass Wissenschaftler mithilfe einer Methode des maschinellen Lernens Erfolge erzielt haben, um festzustellen, ob bestimmte Medikamente für neue Zwecke verwendet werden können oder nicht. Dieser von Forschern entwickelte Prozess ist ein wichtiger Fortschritt, da er Arzneimittelkandidaten, die zur Behandlung einer Reihe von Krankheiten verwendet werden können, schneller identifizieren kann, wie aus dem in veröffentlichten Bericht hervorgehtNatur Maschinenintelligenzam 4. Januar.
"Diese Arbeit zeigt, wie künstliche Intelligenz (KI) verwendet werden kann, um ein Medikament an einem Patienten zu" testen ", die Erstellung von Hypothesen zu beschleunigen und möglicherweise eine klinische Studie zu beschleunigen", so der leitende Studienautor Ping Zhang, PhD, ein Assistenzprofessor für Computer Wissenschaft und Technik sowie biomedizinische Informatik an der OSU, heißt es in einer Pressemitteilung: "Aber wir werden den Arzt niemals ersetzen - Arzneimittelentscheidungen werden immer von Klinikern getroffen."
Die Wiederverwendung von Medikamenten ist natürlich nicht neu. Ein Beispiel? Botox-Injektionen, die erstmals zur Behandlung von gekreuzten Augen zugelassen waren, wurden weiterhin sowohl zur Behandlung von Migräne als auch kosmetisch eingesetzt, um das Auftreten von Falten zu reduzieren. Die OSU-Studie konzentrierte sich auf die Wiederverwendung von Arzneimitteln, die Herzinsuffizienz und Schlaganfall bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit verhindern, bewies jedoch, dass der Rahmen auf die meisten Krankheiten angewendet werden kann.
Der Einsatz künstlicher Intelligenz in der Studie beschleunigt einen Prozess, der laut dem Nationalen Zentrum für die Förderung der translationalen Wissenschaften (NCATS) bereits darauf ausgelegt war, den Zeitrahmen für die Zulassung neuer Arzneimittel zu verkürzen.
„Viele für andere Verwendungszwecke zugelassene Wirkstoffe wurden bereits am Menschen getestet, sodass detaillierte Informationen zu ihrer Pharmakologie, Formulierung und potenziellen Toxizität verfügbar sind“, stellt die NCATS-Website fest. "Da die Umnutzung auf früheren Forschungs- und Entwicklungsbemühungen aufbaut, könnten neue Kandidatentherapien schnell für klinische Studien bereit sein, was ihre Überprüfung durch die Food and Drug Administration und, falls genehmigt, ihre Integration in die Gesundheitsversorgung beschleunigt."
Laut der Pressemitteilung kann die Wiederverwendung von Arzneimitteln auch das Risiko senken, das mit der Sicherheitsprüfung neuer Medikamente verbunden ist.
Was dies für Sie bedeutet
Mit Hilfe der KI kann die Wiederverwendung von Arzneimitteln in Zukunft ein schnellerer und rationalisierter Prozess sein. Die Zulassung von Medikamenten wie Remdesivir für COVID-19 könnte ein schnellerer Prozess sein.
Wie werden Medikamente für die Wiederverwendung identifiziert?
Bevor Zhang und seine Co-Forscher in der OSU-Studie auf die Vorteile der Wiederverwendung von Arzneimitteln eingingen, stellten sie fest, dass der „Goldstandard“ bei Drogentests immer noch randomisierte klinische Studien sind, um die Wirksamkeit eines Arzneimittels gegen eine Krankheit zu bestimmen.
"[Aber] maschinelles Lernen kann Hunderte - oder Tausende - menschlicher Unterschiede innerhalb einer großen Bevölkerung erklären, die die Wirkungsweise der Medizin im Körper beeinflussen können", heißt es in der Pressemitteilung. "Diese Faktoren oder Störfaktoren, die von Alter, Geschlecht und Rasse bis hin zur Schwere der Erkrankung und dem Vorhandensein anderer Krankheiten reichen, fungieren als Parameter in dem Deep-Learning-Computeralgorithmus, auf dem das Framework basiert."
Das Verfahren zur Identifizierung von Arzneimitteln zur Wiederverwendung umfasst ein Labor, das zunächst einen „Assay“ entwickelt, mit dem die Wirksamkeit der Verbindung überwacht werden kann, so Dr. Pek Lum, Mitbegründer und CEO von Auransa, einem von KI betriebenen Pharmaunternehmen Sehr gut.
„Eine Bibliothek bereits eingeführter Verbindungen (möglicherweise Zehntausende), die für andere Zwecke verwendet werden können, wird mithilfe des Assays auf ihre Wirksamkeit überprüft (getestet)“, erklärt Lum. „Sobald ein wiederverwendetes Medikament durch ein Screening identifiziert wurde, wird es im Labor weiter auf seine Wirksamkeit bei der vorgeschlagenen Verwendung getestet. In einigen Fällen kann die Verbindung, wenn sie bereits zuvor in klinischen Studien mit einem akzeptablen Sicherheitsprofil für eine ähnliche Indikation getestet wurde, oder in Notfällen wie der Pandemie direkt in klinische Studien aufgenommen werden, ohne dass ein vorklinisches Tier nachgewiesen werden muss wieder Sicherheit. "
Während die wiederverwendeten Medikamente noch klinische Studien durchlaufen müssen, um die Wirksamkeit der neuen Anwendung zu demonstrieren, ist laut Lum die Wiederverwendung von Medikamenten ein sehr nützlicher Weg, um ein Arzneimittelprogramm zu starten, „da viele erforderliche oder zumindest erforderliche Schritte verkürzt werden können sollte man in der Lage sein, durch zuvor generierte Daten etwas über das wiederverwendete Medikament zu lernen. "
Umnutzung für COVID-19
Wenn Sie sich fragen, ob die Wiederverwendung von Medikamenten zur Vorbeugung und Behandlung von COVID-19 beschleunigt werden kann, lautet die Antwort "Ja" - und das ist bereits der Fall.
"Die Bemühungen, bereits eingeführte Medikamente zu identifizieren, die für COVID-19 wiederverwendet werden können, begannen früh in der Pandemie", sagt Lum. „Die Labore haben begonnen, bereits bekannte antivirale Medikamente gegen COVID-19 [unter Verwendung des oben erwähnten Screening-Verfahrens] zu testen. Zum Beispiel wurde Remdesivir getestet und in COVID-19-relevanten Tests als wirksam erwiesen. Versuche, es zu testen, wurden sehr schnell in Gang gesetzt. “
Stephen T.C. Wong, PhD, Professor für Informatik, Systemmedizin und Bioingenieurwesen in Onkologie am Houston Methodist Research Institute, stimmt dem zu und fügt hinzu, dass Remdesivir ein Medikament ist, das ursprünglich zur Bekämpfung von Ebola entwickelt wurde.
"Dieses Beispiel beinhaltet keine ausgefeilte KI-Analyse aufgrund des Notfalls der COVID-19-Situationen, die schnelle und sofortige Maßnahmen erfordern, aber es folgt immer noch den vier Schritten bei der Neupositionierung von Arzneimitteln", sagt Wong gegenüber Verywell.
Wie hilft KI?
Wong weist darauf hin, dass die KI viel größere Suchbereiche für Medikamentenkandidaten abdeckt als einzelne Forscher oder Kliniker.
"Auf Makroebene kann AI dabei helfen, den richtigen Zeitpunkt und die richtige Dosierung für die effiziente Verabreichung eines wiederverwendeten Arzneimittels zu ermitteln", sagt er. "Durch das Mining elektronischer Patientenakten kann die KI beispielsweise die" Signatur "für schlechte Ergebnisse entlang der Zeitachse des Krankenhausaufenthaltes identifizieren und die Verteilung der Ressourcen (z. B. Beatmungsgeräte) und den Zeitpunkt der Anwendung verschiedener Therapeutika steuern."
Auf Mikroebene kann "KI helfen, die Biomoleküle zu verstehen, die an der Verursachung und Behandlung von Krankheiten beteiligt sind, eine bessere Übereinstimmung zwischen repositionierten Arzneimitteln und Zielproteinen zu erzielen und mögliche nachteilige Nebenwirkungen zu identifizieren", sagt Wong.
Insgesamt ist der Kern der KI, so Wong, dass sie einen Suchraum von Medikamentenkandidaten über die menschlichen Fähigkeiten hinaus durchsuchen sowie Daten „analysieren und quantifizieren“ kann, die zu einer besseren Entscheidungsfindung und Neupositionierung von Medikamenten führen können, um die menschliche Gesundheit zu verbessern.
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