Новый ИИ предсказывает действие лекарств на клетки как конструктор Lego

Контроль состояния клетки в желаемом направлении — одна из ключевых задач в биологических науках, включая разработку лекарств, лечение рака и регенеративную медицину. Однако поиск подходящего препарата или генетической мишени для этой цели чрезвычайно сложен.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из KAIST математически смоделировали взаимодействие между клетками и лекарствами модульным способом, подобным конструктору Lego — разбивая их на компоненты и комбинируя заново. Они разработали новую технологию на основе искусственного интеллекта, которая может предсказывать не только новые реакции «клетка–лекарство», ранее не испытанные, но и эффекты произвольных генетических воздействий.

Исследовательская группа под руководством профессора Кван-Хёна Чо из Департамента био- и мозговой инженерии разработала технологию на основе генеративного ИИ, способную идентифицировать лекарства и генетические мишени, которые могут направлять клетки в желаемое состояние. Их работа опубликована в журнале Cell Systems.

«Скрытое пространство» — это невидимая математическая карта, используемая ИИ для генерации изображений для организации основных характеристик объектов или клеток. Исследовательской группе удалось разделить представления состояний клеток и эффектов лекарств в этом пространстве, а затем скомбинировать их, чтобы предсказать реакции ранее не испытанных комбинаций «клетка–лекарство». Они также расширили этот принцип, показав, что модель также может предсказывать, как изменится состояние клетки при регуляции конкретного гена.

Команда проверила этот подход, используя реальные экспериментальные данные. В результате ИИ идентифицировал молекулярные мишени, способные вернуть клетки колоректального рака к нормальному состоянию, что позже было подтверждено в клеточных экспериментах.

Это открытие демонстрирует, что метод не ограничивается лечением рака — он служит общей платформой, способной предсказывать различные непротестированные переходы состояний клеток и реакции на лекарства. Другими словами, технология не только определяет, работает лекарство или нет, но и раскрывает, как оно функционирует внутри клетки, что делает достижение особенно значимым.

Исследование предоставляет мощный инструмент для разработки методов индукции желаемых изменений состояния клеток. Ожидается, что оно найдет широкое применение в открытии лекарств, терапии рака и регенеративной медицине, например, для восстановления поврежденных клеток до здорового состояния.

«Вдохновленные ИИ для генерации изображений, мы применили концепцию «вектора направления» — идею, которая позволяет нам трансформировать клетки в желаемом направлении», — заявил профессор Кван-Хён Чо. Он добавил: «Эта технология позволяет проводить количественный анализ того, как конкретные лекарства или гены влияют на клетки, и даже предсказывать ранее неизвестные реакции, что делает её высоко универсальной структурой искусственного интеллекта».

Дополнительная информация: Younghyun Han et al, Identifying an optimal perturbation to induce a desired cell state by generative deep learning, Cell Systems (2025). DOI: 10.1016/j.cels.2025.101405

Источник: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

ИИ: В 2025 году разработка генеративных ИИ для медицинских исследований продолжает набирать обороты. Эта технология действительно напоминает принцип конструктора Lego — возможность комбинировать различные модули для создания новых решений. Особенно впечатляет способность предсказывать непротестированные комбинации, что может значительно ускорить процесс разработки лекарств и снизить затраты на исследования.