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

Zrádný „alzheimer“: Začíná vše už v děloze?

Věda26.9.2023

Ebola: První úder afrického „démona“

Věda22.9.2023

E-recept na přírodu? Jednou možná ano…

Věda19.9.2023

Spásná rezonance: Našla odpověď na vznik migrén?

Věda15.9.2023

Čerpáním podzemní vody lidé ovlivnili rotaci Země

Věda13.9.2023

Neštovice s námi ještě neskončily

Věda8.9.2023

Raflézie: Všehoschopné genetické manipulátorky z pralesa

Věda5.9.2023

CarciReagent – včasné varování před vážným onemocněním

Věda4.9.2023

Řasy: nový faktor pro vyváženou veganskou stravu

Věda1.9.2023
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Dlouho jsem svým rodičům lhala do očí
skutecnepribehy.cz

Dlouho jsem svým rodičům...

Věděla jsem, jak moc nás maminka...
Proč pořád tají nový vztah?
nasehvezdy.cz

Proč pořád tají nový vztah?

Josef Holomáč (62), který...
Podvedla muže se starším režisérem?
nasehvezdy.cz

Podvedla muže se starším...

Jeji manželství vypadá na...
Domácí citronový cheesecake
tisicereceptu.cz

Domácí citronový cheesecake

Dezert můžete při servírování ozdobit plátky...
Počátky líčení: Líbit se chtěly už starověké Egypťanky, zlatou éru přinesla renesance
epochaplus.cz

Počátky líčení: Líbit se chtěly...

Zelenočerně nalíčené oči dominují tvářím Egypťanek. Na plochu celého...
V Zambii byla objevena 476 tisíc let stará dřevěná konstrukce. Kdo je jejím autorem?
21stoleti.cz

V Zambii byla objevena 476 tisíc...

Již v roce 2019 objevil tým archeologů z Velké...
Grafitový důl Český Krumlov: Za doprovodu skutečných horníků
epochanacestach.cz

Grafitový důl Český Krumlov: Za...

O grafitu víme, že se používá k výrobě tužek, ale...
Skrytá tvář nejbohatších firem světa: Utajované podvody a vědomé poškozování zdraví?
enigmaplus.cz

Skrytá tvář nejbohatších firem...

Říká se, že svět velkého byznysu je...
Domácí pasta na terase
iluxus.cz

Domácí pasta na terase

Terasa U Prince disponuje jedním z 15....
Víte, jak jste staří?
panidomu.cz

Víte, jak jste staří?

Možná nevěřícně kroutíte hlavou. Každý přece ví, jak...
Mravenci: Skrytí vládci světa
epochaplus.cz

Mravenci: Skrytí vládci světa

Na světě žije odhadem 14 000 druhů mravenců, přičemž...
VSTUPNÍ DVEŘE: ELEGANCE, FUNKCE A BEZPEČÍ
rezidenceonline.cz

VSTUPNÍ DVEŘE: ELEGANCE,...

Parametrů, jimiž musejí disponovat hlavní dveře domu či bytu,...