Věda

Přínosy umělé inteligence: Algoritmy vědcům pomáhají urychlovat vývoj protinádorových léčiv

Přínosy umělé inteligence: Algoritmy vědcům pomáhají urychlovat vývoj protinádorových léčiv

Při hledání účinné léčby nádorových onemocnění budou hrát stále větší roli algoritmy umělé inteligence. Metody strojového učení totiž dokážou výrazně snížit čas, úsilí a náklady spojené s vývojem nových léčiv.

Na jejich objevování spolupracují informatici z katedry kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze s vědci z Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

„Podařilo se nám vyvinout postup, který je s využitím nástrojů umělé inteligence schopen z mikroskopických obrázků vyhodnotit účinek vybraných léčiv na kulturu nádorových buněk.

Pravděpodobnost správné klasifikace do jedné ze tří skupin u naší metody překračuje 98 procent, čímž překonáváme předchozí metody,“ říká prof. Jan Kybic, vedoucí skupiny Algoritmy pro biomedicínské zobrazování z FEL ČVUT.

To otevírá cestu k mnohem jednoduššímu vysokokapacitnímu buněčnému screeningu, který přispěje k rychlejšímu vývoji nových protinádorových léčiv.

Při hledání účinné léčby nádorových onemocnění budou hrát stále větší roli algoritmy umělé inteligence. Foto: FEL ČVUT/ÚMTM Lékařské fakulty UP

Využití AI v praxi

Umělá inteligence a její praktické aplikace nacházejí v medicíně rozsáhlé využití. Dnes se již rutinně používají v radiologické diagnostice, v histopatologii nebo při endoskopickém vyšetření. „Novou aplikací, kterou jsme rozvinuli ve spolupráci s týmem prof. Kybice na FEL ČVUT v Praze, je využití AI v oblasti vývoje léčiv.

Dlouhodobě jsme se domnívali, že z reakce buněk na potenciální léčivo v čase lze odhadnout mechanismus jeho účinku, který je ovšem lidským okem a mozkem nevyhodnotitelný,”…

…vysvětluje doc. MUDr. Marián Hajdúch, Ph. D., ředitel Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) Lékařské fakulty Univerzity Palackého a lékařský ředitel Národního ústavu pro výzkum rakoviny (NÚVR).

Prof. Jan Kybic, Foto: Petr Neugebauer

Mikroskopické snímky

Dva výzkumné týmy a unikátní výzkumné infrastruktury CZ-OPENSCREEN a EATRIS-CZ proto vzájemně spojily síly k analýze obrazu buněk vystavených působení léčiv pomocí nástrojů umělé inteligence. „Výsledky předčily naše očekávání, podařilo se nám rozlišit účinek i chemicky a mechanisticky velmi příbuzných látek.

V tomto projektu a úspěšné spolupráci s ČVUT budeme s potěšením pokračovat i v budoucnosti a rádi rozšíříme naši spolupráci i o další týmy zabývající se AI,” dodává doc. Marián Hajdúch.

Informatici z FEL ČVUT při analýze obrazů buněk využívají snímky z fázové kontrastní mikroskopie, které lze oproti konvenčním fluorescenčním snímkům získat snadněji a rychleji. Navíc snímky z fázové kontrastní mikroskopie nepoškozují buňky a lze je tak využívat k zobrazování živých buněčných kultur.

Fakta o výzkumu shrnuje článek publikovaný v prosincovém čísle vědeckého časopisu Computers in Biology and Medicine.

Metody strojového učení totiž dokážou výrazně snížit čas, úsilí a náklady spojené s vývojem nových léčiv. Foto: FEL ČVUT/ÚMTM Lékařské fakulty UP

Superpočítač RCI zrychluje analýzu snímků i vyškolení neuronové sítě

Vědci při výzkumu využívají rozsáhlé banky chemických látek a přístrojového vybavení UMTM na LF UP, se kterými lze automaticky realizovat velké množství experimentů.

Časosběrné snímky, které zachycují reakci buněčných kultur vystavených účinkům léčiv, následně putují k počítačovému zpracování informatiků. Na FEL ČVUT projdou analýzou s využitím nástrojů umělé inteligence.

„Využíváme přitom konvoluční neuronovou síť, která už je vycvičená přímo na vstupních snímcích z fázové kontrastní mikroskopie. Vyhodnocení účinku jedné kontrastní látky pak trvá řádově několik vteřin na obrázek za předpokladu, že je neuronová síť již vytrénovaná, což zabere několik dní,“ upřesňuje proces vyhodnocování dat prof. Kybic.

Při jejich zpracování vědci využívají superpočítač RCI v prostorách ČVUT, jehož robustní výpočetní výkon práci významně urychluje. Nejnáročnější je ovšem síť naprogramovat a navrhnout vhodné algoritmy, což je výsledek práce mnoha měsíců, na které se podíleli zejména Denis Baručič a Sumit Kaushik, doktorand a postdoktorand z týmu prof. Kybice.

Na objevování nových léčiv spolupracují informatici z katedry kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze s vědci z Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Foto: FEL ČVUT/ÚMTM Lékařské fakulty UP

Výzkum se rozšíří z jednotek na stovky chemických látek

Prof. Jan Kybic upozorňuje, že vysoce výkonný buněčný screening za standardizovaných podmínek je pouze jedním z mnoha kroků v procesu objevování léčiv.

Vědcům ze skupiny Algoritmy pro biomedicínské zobrazování na FEL ČVUT a Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci se zatím podařilo tímto způsobem analyzovat účinek několika chemických látek; v dalších fázích výzkumu bude potřeba velikost souboru rozšířit na řádově stovky.

Vědci budou rovněž zohledňovat různé mechanismy účinku a případně více typů buněčných linií a další faktory.

Více z Věda

Pravá podoba dinosaurů: Jak opravdu vypadali a proč jsou klasické ještěří představy mylné?

Věda20.2.2024

Výzkumníci z FEL ČVUT vyvinuli unikátní systém: Pomocí umělé inteligence detekuje střelbu i typ zbraně

Věda16.2.2024

Dávní primáti se zřejmě živili převážně ovocem

Věda13.2.2024

Musí zvýšená hladina CRP znamenat léčbu antibiotiky? Rozhodně ne…

Věda9.2.2024

Náhrada srdeční chlopně a za pár dní doma. Realita, která funguje už 15 let

Věda6.2.2024

První rostlina, která bude pěstována na Marsu

Věda2.2.2024

Země a její Nemesis: Vyřešil superpočítač 4,5 miliard let starou záhadu?

Věda30.1.2024

Očkování – Nedůvěře čelilo od počátku

Věda26.1.2024

Šimpanz bonobo si na tváře příbuzných vzpomene i po 26 letech

Věda23.1.2024
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Rudolf Habsburský donutil Přemysla Otakara II., aby se vzdal Chebska
epochaplus.cz

Rudolf Habsburský donutil...

Sňatkem s mnohem starší Markétou spadlo v roce...
Pomsta bude sladká, ty nevěrníku!
nasehvezdy.cz

Pomsta bude sladká, ty...

Čas zúčtování je tady. Právě...
Stále populární sprchové vaničky
rezidenceonline.cz

Stále populární sprchové...

Přestože mnozí uživatelé dávají přednost...
Nové „dělo“ pro Karolinu: Kvantový počítač konsorcia LUMI-Q
21stoleti.cz

Nové „dělo“ pro Karolinu:...

Celoevropský společný podnik EuroHPC (EuroHPC JU) vyhlásil...
Přepadení v Paříži: Dámy si jdou pro šperky
epochaplus.cz

Přepadení v Paříži: Dámy si...

Jeden zůstává stát u výlohy, vytáhne zbraň a...
Chce prodat její milovanou chalupu?
nasehvezdy.cz

Chce prodat její milovanou...

Povídá se, že syn...
I kuchyňská linka potřebuje péči
panidomu.cz

I kuchyňská linka potřebuje...

V kuchyni vznikají mastné páry a ty se...
Fungoval Houdiniho posmrtný experiment?
enigmaplus.cz

Fungoval Houdiniho posmrtný...

Policejní želízka, svěrací kazajka nebo...
Frederique Constant & seconde/seconde/ demonstrují, jak skloubit humor s precizní ruční prací
iluxus.cz

Frederique Constant &...

Frederique Constant se pyšní tím, že je pravou...
Za všechny problémy může má kariéra!
skutecnepribehy.cz

Za všechny problémy může má...

Narodila jsem se rodičům až po...
Nekynuté lívance
tisicereceptu.cz

Nekynuté lívance

Potřebujete 170 g hladké mouky 1 lžíci prášku do...
Za pokladem Slezskoostravského hradu
epochanacestach.cz

Za pokladem...

O poničených a znovuobnovených stavbách občas...