Startap u Silicijskoj dolini razvija „mini mozak“ uz pomoć strojnog učenja kako bi razvio novi tretman psiholoških poremećaja

System1 Biosciences koristi strojno učenje, neuroznanost, robotsku automatizaciju i cerebralnu organoidnu znanost [3] kako bi otkrio duboke karakteristike poremećaja kako bi razvio nove terapijske ciljeve i liječenje lijekovima.

1. studenog 2018. od Stacy Stanford

Dizajniran od strane Machine Learning Memoirs Inc. Slika označena za ponovnu upotrebu s odgovarajućim kreditima

Što ako vam kažemo da postoji tvrtka koja uzgaja „mini-mozgove“, dozira ih lijekovima za istraživanje i zatim čita njihove iznose podataka uz pomoć strojnog učenja i automatizacije robota?

System1 Biosciences, tvrtka za neuroterapiju sa sjedištem u Silicijskoj dolini koja kombinira moždanu organoidnu znanost, neuroznanost sustava, robotsku automatizaciju i strojno učenje radi na otkrivanju karakteristika bolesti nikada prije dostižnih, u kojima se ti "duboki fenotipi" koriste za prepoznavanje novih terapeutski ciljevi i liječenje lijekovima [4]. Startap je prošlog rujna objavio da je prikupio 25 milijuna američkih dolara serije [7] koji su predvodili CRV i Pfizer Ventures, kao i brojni drugi investitori koji su sudjelovali u sporazumu. Ovaj ugovor donosi ukupna sredstva tvrtke u iznosu od 30 milijuna USD.

Da bi stvari bile jasne, System1 ne raste puni mozak; raste takozvane "cerebralne organoide", koje Harvard Institut za matične stanice definira kao [1] "sićušne, samoorganizirane kulture trodimenzionalne upotrebe, koje potječu iz matičnih stanica. Takve su kulture stvorene da repliciraju veći dio složenosti organa i / ili da izraze odabrane aspekte takvih. "

Takvi se organizmi uzgajaju iz matičnih stanica bolesnika s autizmom, epilepsijom i šizofrenijom; moždani organoidi pomažu otkriti timu istraživača neke temeljne znakove onih bolesti koje se mogu liječiti novim lijekovima i liječenjem.

Tvrtka spominje da analiza dobivenih podataka struji svojim organoidima „karakterizacija bolesti na razini sustava prinosa nikada prije dostižna.“ Ove karakteristike, koje tvrtka naziva „dubokim fenotipovima“, mogu se koristiti za pronalaženje ciljeva za nove tretmane neuroloških i psihijatrijske bolesti.

Generalni direktor System1 i suosnivač, Sean Escola, spominje da je tradicionalni pristup otkrivanju lijekova koji se temelji na metama kršen, zbog čega ljudi koji pate od njih gladuju za inovacijama. Pristup možda zvuči kao budući roman znanstvene fantastike, ali ove metode podataka sa intenzivnim paralelnim strojnim učenjem veliki su dio budućnosti otkrivanja lijekova. Jednostavno se događa da ova jedna tvrtka uzgaja sitne mozgove kako bi to učinila.

Odjeljak moždanog organoida nakon tri mjeseca kulture. Različite boje označavaju različite vrste stanica, ističući strukturalnu složenost organoida. (Slika ljubaznošću Harvard's Arlotta Labolatory [2])

Desetljećima su istraživači koji proučavaju psihijatrijske bolesti smišljali nove lijekove usredotočujući se na one za koje smatraju da su slomljene ili bolesne molekule ili stanice koje mogu uzrokovati simptome bolesti. Međutim, u 90% slučajeva neki dio njihove teze o tim molekulama u prvom redu nije bio u redu, pa se troše velike količine vremena i milijarde dolara, u kojima je većina trenutnih lijekova na tržištu još uvijek proizvod ovog modela.

Na primjer, najpopularniji lijekovi za shizofreniju ciljani dopamin - molekula za koju se misli da ima ključnu ulogu u sjećanju i zadovoljstvu. Ali ovi lijekovi ne pomažu mnogim ljudima. Jedan od razloga je što bi mnogi simptomi shizofrenije, od halucinacija do gubitka pamćenja, mogli biti rezultat mnogo temeljnijeg skupa problema s mozgom.

Međutim, trenutni pristupi razvoju lijekova u neuroznanosti ne istražuju ove probleme na razini sustava. Umjesto toga, usredotočeni su na jednu ili dvije izolirane komponente bolesti. Escola, koji je i docent psihijatrije na Sveučilištu Columbia, vjeruje da je to tragičan nadzor. Smatra da bi to moglo objasniti i zašto toliki lijekovi ne pomažu pacijentima. Što bi moglo značiti da su mnogi naši prethodni pokušaji stvaranja lijekova za psihijatrijske bolesti poput epilepsije i šizofrenije "nedostajali šumu za drveće".

Da bi se pozabavili tim problemom, Escola i njegov suosnivač Saul Kato, profesor neurologije na Sveučilištu Kalifornija u San Franciscu, nastoje minirati aktivnost preko svojih mini mozgova zbog znakova bolesti koji bi se mogli dogoditi na mnogo utemeljenijoj razini od bolesti.

Nadam se da će u svom radu sa cerebralnim organoidima obećati otkriće u kojem će Escola i Katoovi istraživači morati dodatno testirati svoju ideju i na kraju pokrenuti klinička ispitivanja na ljudima. Istraživači System1 troše mjesece za mjesecima temeljito proučavanje cerebralnih organoida koristeći softver koji omogućuje strojno učenje. Nadaju se da će završiti s nekoliko onoga što Escola naziva "dubokim fenotipovima", ili karakteristikama bolesti koje se mogu vidjeti u čitavim sustavima aktivnosti, za razliku od samo unutar specifičnih molekula ili stanica.

Nekoliko startupa u području otkrivanja i razvoja lijekova koristi sličan pristup komponenti strojnog učenja System1 [6]. Startup sa sjedištem u Silikonskoj dolini Numerate koristi strojno učenje kako bi optimizirao otkrivanje droga malih molekula i bolje predvidio toksične nuspojave. InSilico, startap iz Baltimorea, koristi duboko učenje za procjenu podataka o razini genoma, epigenoma i mikrobioma. I londonski startup BenevolentBio koristi skupove podataka [5] iz kliničkih ispitivanja i istraživačkih radova u algoritmima na temelju umjetne inteligencije koji pomažu u otkrivanju dubljih odnosa između bolesti i kandidata za lijekove. Unatoč tome, System1 je jedina tvrtka koja provodi takva istraživanja s vlastitim izvorom bioloških podataka - cerebralnim organoidima.

Reference:

[1] Organoidi: novi prozor u bolest, razvoj i otkriće | Institut za matične stanice Harvard | https://hsci.harvard.edu/organoids

[2] Arlotta laboratorij | Sveučilište Harvard, Zavod za matične ćelije i regenerativnu biologiju | https://hscrb.harvard.edu/res-fl-arlotta

[3] Razvoj i karakterizacija humanih cerebralnih organoida: optimizirani protokol NCBI | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6038047/pdf/10.1177_0963689717752946.pdf

[4] O System1 Biosciences Inc. | System1 Biosciences | https://system1.bio/press/#about

[5] Kako se umjetna inteligencija mijenja otkrićem droga | Priroda | https: //www.nature.com/articles/d41586-018-05267-x

[6] punom snagom: Ciljna metoda za obuku ponavljajućih mreža | Arxiv | https://arxiv.org/pdf/1710.03070.pdf

[7] Sustav1 Bioznanosti | Crunchbase | https://www.crunchbase.com/organization/system1-biosciences