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

Proč se krtkům v zimě zmenšuje hlava?

Věda8.12.2023

Kyberzločincům naletí i technologicky zběhlí lidé

Věda5.12.2023

Jak unikátní jsou uhlíkově neutrální iPhony 15 a Apple Watch 9?

Věda1.12.2023

Středoškoláci v Česku: Pracují minimálně, ale hýří aktivitami. V Praze se otevře nové „speciální“ gymnázium

Věda27.11.2023

Vědou budoucnosti je chemie

Věda23.11.2023

Angín a spál přibývá – Nedostatek penicilinu nahrává odolným bakteriím

Věda21.11.2023

Skákající geny mají pozitivní vliv na rostlinná společenstva

Věda14.11.2023

Výzkumnice z FEL ČVUT zmapovaly motivace lidí, kteří investují do fotovoltaiky

Věda10.11.2023

7 tipů, jak si udržet zdravé ledviny

Věda7.11.2023
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Kokosové pusinky
tisicereceptu.cz

Kokosové pusinky

Lehoučké nadýchané cukroví bez mouky je jako...
Třetí ročník Czech National Spirits Competition vyhodnocen
iluxus.cz

Třetí ročník Czech National...

Slavnostní galavečer vyhlášení výsledků...
Nepříjemné hádky s milovanou dcerou kvůli dědictví?
nasehvezdy.cz

Nepříjemné hádky s milovanou...

Je šetrná, nikdy zbytečně...
Beskydy na běžkách: Po stopách Cyrila a Metoděje
epochanacestach.cz

Beskydy na běžkách: Po...

Mezi klasiku všech klasik patří v Beskydách...
Tragická dohra virtuální hádky: Komando popraví nevinného muže
epochaplus.cz

Tragická dohra virtuální...

Po zuby ozbrojení těžkooděnci vyskáčou z...
První zákrok proběhl před 15 lety v IKEM. Od té doby metoda TAVI pomáhá 1700 lidem ročně
21stoleti.cz

První zákrok proběhl před 15...

Dnes je to přesně 15 let od chvíle, kdy v...
Se svým manželem už dvacet let prožívá tu nejkrásnější lásku
nasehvezdy.cz

Se svým manželem už dvacet let...

Málokdo věřil, že jim...
Štěstí jsem našla u svého švagra!
skutecnepribehy.cz

Štěstí jsem našla u svého...

Prožila jsem kus života s mužem, do...
Smrt: Nečisté věci se musejí spálit a bez výbavy na onen svět nepůjdeš
epochaplus.cz

Smrt: Nečisté věci se musejí...

Lidé se do chalupy přicházejí rozloučit se svým sousedem...
Být pouze sami se sebou…
panidomu.cz

Být pouze sami se sebou…

Umíte jen tak sedět, vypnout myšlenky a jen „být“? I...
Moderní jídelna
rezidenceonline.cz

Moderní jídelna

Nezbytná součást multifinkční obytné zóny by měla...
Záhadný případ Henryho Wellse. Otiskla se jeho tvář do skla?
enigmaplus.cz

Záhadný případ Henryho...

Hlavní dominantou amerického městečka...