在一項關(guān)于膠質(zhì)母細胞瘤的創(chuàng)新研究中，來自南加州大學(xué)、佛羅里達大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)的研究人員利用人工智能（AI）對癌細胞進行了重編程，將它們轉(zhuǎn)化為樹突細胞（dendritic cell），其中樹突細胞可以識別癌細胞并引導(dǎo)其他免疫細胞殺死它們。相關(guān)研究結(jié)果于近日在線發(fā)表在Cancer Immunology Research期刊上，論文標(biāo)題為“Machine Learning–Directed Conversion of Glioblastoma Cells to Dendritic Cell–like Antigen-Presenting Cells as Cancer Immunotherapy”。
膠質(zhì)母細胞瘤是成人中最常見的腦癌，也是最致命的癌癥，只有不到10%的患者能在確診后存活五年。雖然免疫療法等新方法已經(jīng)徹底改變了其他癌癥的治療，但對膠質(zhì)母細胞瘤患者的治療卻收效甚微。部分原因是這些難以觸及的腦瘤隱藏在血腦屏障之后，免疫細胞難以觸及并消滅它們。
但是，這項新的研究利用人工智能探索了哪些基因控制著細胞的命運，比如說，它是發(fā)育成心臟細胞、肺細胞還是癌細胞。研究者發(fā)現(xiàn)了能對膠質(zhì)母細胞瘤細胞進行重編程的基因，這些基因能將它們轉(zhuǎn)化為腫瘤內(nèi)的免疫細胞，從而有效地靶向它們的同類癌細胞進行破壞。在膠質(zhì)母細胞瘤小鼠模型中，這種方法使得它們的存活幾率提高了高達75%。
論文通訊作者、南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科和神經(jīng)病學(xué)副教授David Tran博士說，“這項突破性研究利用人工智能的力量將膠質(zhì)母細胞瘤細胞轉(zhuǎn)化為免疫激活細胞，標(biāo)志著癌癥免疫療法取得了重大進展。通過讓癌癥自身的細胞對抗它，我們正在為更有效的治療鋪平道路，并為與這種癌癥和許多其他侵襲性癌癥作斗爭的患者提供新的希望。”
除了在動物模型上的研究工作，研究者還利用人工智能確定了一組可以將人類膠質(zhì)母細胞瘤細胞轉(zhuǎn)化為免疫細胞的基因。未來，科學(xué)家們可能能夠通過將這些基因嵌入無害的病毒（一種稱為病毒載體的工具）中，將其遞送給膠質(zhì)母細胞瘤患者。
Tran說，“迫使一種擁有 2 萬個基因的細胞變成另一種細胞是一件非常復(fù)雜的事情。使用傳統(tǒng)的分子方法，這幾乎是不可能做到的。人工智能正在幫助我們回答一些關(guān)鍵問題，并為我們提供了一種學(xué)習(xí)如何操縱細胞命運的強大方法。”
控制細胞命運
稱為樹突細胞的免疫細胞在激活免疫反應(yīng)中發(fā)揮著核心作用：它們采集抗原（如癌細胞中的抗原）并將其呈現(xiàn)給其他免疫細胞，包括T細胞大軍，從而有效地引發(fā)全面攻擊。
有證據(jù)表明樹突細胞能對抗膠質(zhì)母細胞瘤，但科學(xué)家們還沒有找到一種可靠的方法，能讓樹突細胞穿過血腦屏障，進入腫瘤的惡劣環(huán)境。通過對腫瘤內(nèi)的癌細胞進行重編程，Tran和他的團隊繞過了這一重大挑戰(zhàn)。
在操縱細胞命運時，一個重要的考慮因素是特異性。例如，將健康的腦細胞轉(zhuǎn)化為樹突細胞，可能會縮小腦腫瘤，但卻會導(dǎo)致健康問題。Tran說，“我們不希望給患者注射某種能把各種類型的細胞轉(zhuǎn)化為樹突細胞的東西。”
他和他的團隊開發(fā)的這種機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠查詢數(shù)以萬計的基因和數(shù)以百萬計的基因間連接，并識別出那些能夠特異性靶向膠質(zhì)母細胞瘤細胞并將它們重編程為樹突細胞樣細胞的基因。這種人工智能驅(qū)動的方法不同于以往的研究，以往的研究使用所謂的經(jīng)驗方法來手動識別控制細胞命運的基因。Tran說，“人工智能的高計算能力確實幫助我們加快了這一發(fā)現(xiàn)過程。”
與其他免疫療法一起使用時，對膠質(zhì)母細胞瘤細胞進行重編程能顯著增強免疫反應(yīng)，提高膠質(zhì)母細胞瘤小鼠模型的存活率。當(dāng)這種新方法與免疫檢查點療法結(jié)合使用時，存活率提高了75%。當(dāng)與一種經(jīng)典樹突細胞疫苗結(jié)合使用時，這種新方法可將存活幾率提高一倍。（單獨使用免疫檢查點療法或經(jīng)典樹突細胞疫苗都不能提高膠質(zhì)母細胞瘤患者的存活率）。
邁向臨床試驗
除了在小鼠中進行概念驗證研究外，研究者還利用他們的人工智能系統(tǒng)確定了一組人類基因，這些基因可以將人類膠質(zhì)母細胞瘤細胞轉(zhuǎn)化為類似于樹突細胞的細胞，即樹突細胞樣細胞。下一步，他們計劃對這組基因進行微調(diào)，將它們包裝到病毒載體中，并開始在動物模型中進行首輪安全性和有效性測試。
Tran說，“我們希望擴大搜索范圍，利用人工智能幫助我們找到可能的最佳組合，以便在患者身上進行測試。”
如果這種方法被認為是安全有效的，這意味著它能改善膠質(zhì)母細胞瘤模型的治療效果，并且不會產(chǎn)生意想不到的副作用，那么Tran和他的團隊將在幾年內(nèi)申請批準(zhǔn)，開始在患者身上進行臨床試驗。
下一步，他們還希望利用他們的人工智能模型找到能使其他類型癌細胞重編程的基因，使其表現(xiàn)得像樹突細胞一樣。
