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Kann KI helfen, ein Heilmittel für Coronavirus zu finden?
Es scheint, als ob eine übermenschliche Anstrengung erforderlich ist, um die weltweite Pandemie zu lindern, bei der so viele Menschen getötet werden.
Künstliche Intelligenz mag hochgespielt worden sein – aber wenn es um Medizin geht, hat sie bereits eine nachgewiesene Erfolgsbilanz.
Kann sich maschinelles Lernen dieser Herausforderung stellen, ein Heilmittel für diese schreckliche Krankheit zu finden?
Es gibt keinen Mangel an Unternehmen, die versuchen, das Dilemma zu lösen.
Die in Oxford ansässige Exscientia, die als erste ein von der KI entdecktes Medikament in eine Studie am Menschen gebracht hat, durchsucht 15.000 Medikamente des kalifornischen Scripps-Forschungsinstituts.
Und Healx, ein Unternehmen in Cambridge, das vom Viagra-Miterfinder Dr. David Brown gegründet wurde, hat sein KI-System, das entwickelt wurde, um Medikamente für seltene Krankheiten zu finden, neu genutzt.
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Alle möglichen Medikamentenkandidaten müssen in Labors streng getestet werden
Das System ist in drei Teile unterteilt:
- Durchsuchen Sie die gesamte aktuelle Literatur zu dieser Krankheit
- Untersuchen Sie die DNA und Struktur des Virus
- Betrachten Sie die Eignung verschiedener Medikamente
Die Wirkstoffentdeckung war traditionell langsam.
"Ich mache das seit 45 Jahren und habe drei Medikamente auf den Markt gebracht", sagte Dr. Brown gegenüber BBC News.
Aber die KI erweist sich viel schneller.
"Es hat mehrere Wochen gedauert, bis wir alle benötigten Daten gesammelt haben, und wir haben in den letzten Tagen sogar neue Informationen erhalten, sodass wir uns jetzt in einer kritischen Masse befinden", sagte Dr. Brown.
"Die Algorithmen liefen über Ostern und wir werden in den nächsten sieben Tagen eine Ausgabe für die drei Methoden haben."
Healx hofft, diese Informationen bis Mai in eine Liste von Medikamentenkandidaten umwandeln zu können, und befindet sich bereits in Gesprächen mit Labors, um diese Vorhersagen in klinische Studien umzusetzen.
Für diejenigen, die auf dem Gebiet der Entdeckung von KI-Arzneimitteln arbeiten, gibt es zwei Möglichkeiten, wenn es um Coronavirus geht:
- Finden Sie ein völlig neues Medikament, aber warten Sie ein paar Jahre, bis es als sicher für die Anwendung zugelassen wird
- Bestehende Medikamente wiederverwenden
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Es ist wahrscheinlich, dass es eine Kombination von Medikamenten sein wird, die das Coronavirus besiegt
Dr. Brown sagte jedoch, es sei äußerst unwahrscheinlich, dass ein einziges Medikament die Antwort sei.
Für Healx bedeutet dies eine detaillierte Analyse der acht Millionen möglichen Paare und 10,5 Milliarden Dreifach-Wirkstoffkombinationen, die sich aus den 4.000 zugelassenen Wirkstoffen auf dem Markt ergeben.
Prof. Ara Darzi, Direktor des Instituts für globale Gesundheitsinnovation am Imperial College, sagte gegenüber BBC News: "KI bleibt einer unserer stärksten Wege, um eine wahrnehmbare Lösung zu erreichen, aber es besteht ein grundlegender Bedarf an qualitativ hochwertigen, großen und sauberen Datensätzen.
"Bis heute wurde ein Großteil dieser Informationen in einzelnen Unternehmen wie Big Pharma gespeichert oder ging im geistigen Eigentum und im alten Laborraum der Universitäten verloren.
"Diese unterschiedlichen Datenquellen für die Wirkstoffentdeckung müssen jetzt mehr denn je vereinheitlicht werden, damit KI-Forscher ihre neuartigen Techniken des maschinellen Lernens anwenden können, um so schnell wie möglich neue Therapien für Covid-19 zu entwickeln."
In den USA ist eine Partnerschaft zwischen den Barabasi Labs der Northeastern University, der Harvard Medical School, dem Stanford Network Science Institute und dem Biotech-Start-up Schipher Medicine ebenfalls auf der Suche nach Medikamenten, die schnell als Covid-19-Behandlungen verwendet werden können.
Überraschende Ergebnisse
Normalerweise würde es "ein Jahr Papierkram" kosten, sie alle zur Zusammenarbeit zu bringen, sagte Alif Saleh, Geschäftsführer von Schipher.
Aber eine Reihe von Zoom-Anrufen mit einer "Gruppe von Menschen mit einer beispiellosen Entschlossenheit, Dinge zu erledigen, ganz zu schweigen von viel Zeit ihrer Hände", beschleunigte die Dinge.
"Die letzten drei Wochen würden normalerweise ein halbes Jahr dauern. Jeder hat alles fallen lassen", sagte er.
Ihre Forschung hat bereits zu überraschenden Ergebnissen geführt, darunter:
- der Vorschlag, dass das Virus in das Gehirngewebe eindringen könnte, was erklären könnte, warum manche Menschen ihren Geschmacks- oder Geruchssinn verlieren]
- Die Vorhersage könnte auch das Fortpflanzungssystem von Männern und Frauen angreifen
Die Schipher Medicine kombiniert KI mit etwas, das sie Netzwerkmedizin nennt – eine Methode, die eine Krankheit über die komplexen Wechselwirkungen zwischen molekularen Komponenten betrachtet.
"Ein Krankheitsphänotyp ist selten auf eine Fehlfunktion eines Gens oder Proteins zurückzuführen – die Natur ist nicht so einfach -, sondern auf einen Kaskadeneffekt in einem Netzwerk von Wechselwirkungen zwischen mehreren Proteinen", sagte Saleh.
Durch die Verwendung von Netzwerkmedizin, KI und einer Fusion der beiden hat das Konsortium 81 potenzielle Medikamente identifiziert, die helfen könnten.
"KI kann ein wenig besser abschneiden, indem sie nicht nur Korrelationen höherer Ordnung betrachtet, sondern auch kleine unabhängige Informationen, die in der traditionellen Netzwerkmedizin möglicherweise fehlen", sagte Prof. Albert-Laszlo Barabasi.
Aber KI allein hätte nicht funktioniert, sie brauchten alle drei Ansätze.
"Verschiedene Werkzeuge betrachten unterschiedliche Perspektiven, sind aber zusammen sehr mächtig", fügte er hinzu.
Einige KI-Unternehmen behaupten bereits, isolierte Medikamente zu haben, die helfen könnten.
BenevolentAI hat Baricitinib, ein Medikament, das bereits für die Behandlung von rheumatoider Arthritis zugelassen ist, als potenzielle Behandlung zur Verhinderung der Virusinfektion von Lungenzellen identifiziert.
Und es ist jetzt in eine kontrollierte Studie mit dem US National Institute of Allergy and Infectious Diseases eingetreten.
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Das chinesische Unternehmen Alibaba behauptet, einen KI-Test entwickelt zu haben, mit dem Coronaviren genau erkannt werden können
In der Zwischenzeit haben Wissenschaftler aus Südkorea und den USA, die Deep Learning nutzen, um das Potenzial kommerziell erhältlicher antiviraler Medikamente zu untersuchen, vorgeschlagen, dass Atazanavir zur Behandlung von Aids ein guter Kandidat sein könnte.
Andere Unternehmen verwenden KI für andere Zwecke, z. B. zur Analyse von Scans, um Radiologen zu entlasten und um vorherzusagen, welche Patienten am wahrscheinlichsten ein Beatmungsgerät benötigen.
Der chinesische Technologieriese Alibaba kündigte beispielsweise einen Algorithmus an, mit dem Fälle innerhalb von 20 Sekunden mit einer Genauigkeit von 96% diagnostiziert werden können.
Einige Experten warnen jedoch davor, dass KI-Systeme wahrscheinlich auf Daten über fortgeschrittene Infektionen geschult wurden, wodurch sie weniger wirksam sind, um frühe Anzeichen des Virus zu erkennen.
Die politischen Entscheidungsträger mussten weltweit Anstrengungen unternehmen, um die großen Pharmaunternehmen davon zu überzeugen, sich mit kleineren Drogendatenspeichern, Wissenschaftlern und Forschungseinrichtungen zusammenzuschließen, um Datenressourcen zu bündeln, sagte Prof. Darzi.
"Es war noch nie so wichtig, dass Daten zur Wirkstoffentdeckung ihre Geheimnisse für die KI öffnen, um im Kampf gegen Covid-19 zu helfen", sagte er.