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

Nebezpečným brněním k plodnosti?

Věda29.9.2023

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
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Samotářský život jí vyhovuje. Najde odvahu se znovu zamilovat?
nasehvezdy.cz

Samotářský život jí...

Je krásná...
Pardubický kraj: Tipy na výlety pro všechny!
epochanacestach.cz

Pardubický kraj: Tipy na...

Pokud by vás náhodou v tomto krásném kraji...
Premiér, který prosadil válku, skončil rukou atentátníka
epochaplus.cz

Premiér, který prosadil válku,...

Hrabě Karl von Stürgkh, politik z doby Rakouska-Uherska,...
Co si dal trilobit ke své poslední večeři?
21stoleti.cz

Co si dal trilobit ke své...

Paleontologové z Přírodovědecké fakulty...
Zažloutlé nehty a zplihlé vlasy? Zkuste tyhle kosmetické tipy
panidomu.cz

Zažloutlé nehty a zplihlé...

Fígl na zažloutlé nehty! Pokud si lakujete...
Když ho chce, tak ať si má rozvod
skutecnepribehy.cz

Když ho chce, tak ať si má...

Když se blíží vánoční čas, je mi vždycky...
Francouzské pekařství PAUL oslaví Mezinárodní den kávy netradiční specialitou
iluxus.cz

Francouzské pekařství PAUL...

Mezinárodní den kávy je oslavou lahodně...
Je znovu po roce herečka zamilovaná až po uši?
nasehvezdy.cz

Je znovu po roce herečka...

Má za sebou složité...
Incident s UFO v Calvine: Pravda vyjde najevo… Za čtyřicet devět let!
enigmaplus.cz

Incident s UFO v Calvine: Pravda...

Malá vesnička Calvine ve Skotsku se v roce 1990...
Individuální komfort s uměleckým přesahem
rezidenceonline.cz

Individuální komfort s...

Multifunkčnost, vstřícnost k potřebám setkávání v...
Domácí citronový cheesecake
tisicereceptu.cz

Domácí citronový cheesecake

Dezert můžete při servírování ozdobit plátky...
První obchodní styky dávných obyvatel Čech: Frčely hlavně korálky
epochaplus.cz

První obchodní styky dávných...

České země jako izolovaná kotlina skrytá za horami...