به کار گیری هوش مصنوعی برای طراحی نانوذرات دارویی

یک مدل جدید یادگیری ماشینی که تعاملات بین نانوذرات و پروتئین‌ها را پیش‌بینی می‌کند، ما را یک قدم به این واقعیت نزدیک‌تر می‌کند. این فناوری در دانشگاه میشیگان توسعه یافته است.

اسکات ون اپز می‌گوید: «ما نانوذرات را چیزی بیش از وسایل نقلیه تحویل دارو تصور کرده‌ایم. ما آنها را به خودی خود داروهایی فعال می‌دانیم.»

کشف داروها فرآیندی آهسته و غیرقابل پیش بینی است، به همین دلیل است که بسیاری از آنتی بیوتیک‌ها متفاوت از داروهای قبلی هستند. توسعه دهندگان دارو مایل‌اند داروهایی طراحی کنند که می‌توانند با استفاده از مکانیسم‌های "قفل و کلید" که بر تعامل بین مولکول های زیستی غالب است، به باکتری ها و ویروس ها به روش های مورد علاقه خود حمله کنند. اما مشخص نبود که چگونه می توان از نانوذرات برای ایجاد اختلال در عفونت ها استفاده کرد.

نیکلاس کوتوف، استاد برجسته علوم شیمی و مهندسی دانشگاه ایروینگ لانگمویر و نویسنده مسئول این مطالعه گفت: «با استفاده از روش‌های ریاضی برای برهمکنش‌های پروتئین-پروتئین، ما نانوذراتی را طراحی کردیم که که یکی از پروتئین‌های این جفت‌ها را تقلید می‌کنند.»

نانوذرات نسبت به مولکول‌های زیستی پایدارتر هستند و می‌توانند به دسته‌های کاملاً جدیدی از عوامل ضد باکتریایی و ضد ویروسی منجر شوند.

الگوریتم جدید یادگیری ماشین، نانوذرات را با پروتئین‌ها با استفاده از سه روش مختلف مقایسه می‌کند. در حالی که یکی از این روش‌های مشخصه‌یابی، شیمیایی است، اما مشخص شد که دو ساختار مربوطه برای پیش‌بینی در مورد اینکه آیا یک نانوذره می‌تواند با یک پروتئین خاص تطابق قفل و کلیدی داشته باشد، مهم‌تر هستند.

از دو روش تعیین مشخصات ساختاری برای تعیین سطح پیچیدگی پروتئین و نحوه پیکربندی مجدد آن برای فعال کردن تناسب قفل و کلید استفاده شد. در این روش ویژگی‌هایی نظیر کایرالیته، چرخش در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت که برای پیش‌بینی چگونگی قفل شدن یک پروتئین و نانوذره مهم است، بررسی می‌شود.

امین سومرا از محققان این پروژه گفت: «پروتئین‌های زیادی در خارج و داخل باکتری‌ها وجود دارد که می‌توانیم آنها را هدف قرار دهیم. ما می‌توانیم از این مدل به عنوان اولین غربالگری برای کشف اینکه کدام نانوذرات با کدام پروتئین ها متصل می شوند، استفاده کنیم.»

چا گفت: «الگوریتم‌های یادگیری ماشینی مانند الگوریتم‌های ما یک ابزار طراحی برای نانوذرات ارائه می‌کنند که می‌تواند در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی استفاده شود. ما می‌توانیم از این الگوریتم برای طراحی کارآمد نانوذراتی استفاده کنیم که دارای فعالیت ضد ویروسی هستند.»