- Study highlights how AI can be designed to develop better immunotherapy treatments
- Timothy Chan M.D. Ph.D., who co-led the study, holds the Sheikha Fatima Bint Mubarak Endowed Chair in Immunotherapy and Precision Immuno-Oncology
February 6, 2024, CLEVELAND: Researchers from global health system Cleveland Clinic and IBM have published a strategy for identifying new targets for immunotherapy through artificial intelligence (AI). This is the first peer-reviewed publication from the two organizations’ Discovery Accelerator partnership, designed to advance research in healthcare and life sciences.
The team worked together to develop supervised and unsupervised AI to reveal the molecular characteristics of peptide antigens, small pieces of protein molecules that immune cells use to recognize threats. Project members came from diverse groups led by Cleveland Clinic’s Timothy Chan, M.D., Ph.D., as well as IBM’s Jeff Weber, Ph.D., Senior Research Scientist, and Wendy Cornell, Ph.D., Manager and Strategy Lead for Healthcare and Life Sciences Accelerated Discovery .
“In the past, all our data on cancer antigen targets came from trial and error,” says Dr. Chan, chair of Cleveland Clinic’s Center for Immunotherapy and Precision Immuno-Oncology and Sheikha Fatima Bint Mubarak Endowed Chair in Immunotherapy and Precision Immuno-Oncology. “Partnering with IBM allows us to push the boundaries of artificial intelligence and health sciences research to change the way we develop and evaluate targets for cancer therapy.”
For decades, scientists have been researching how to better identify antigens and use them to attack cancer cells or cells infected with viruses. This task has proved challenging because antigen peptides interact with immune cells based on specific features on the surface of the cells, a process which is still not well understood. Research has been limited by the sheer number of variables that affect how immune systems recognize these targets. Identifying these variables is difficult and time intensive with regular computing, so current models are limited and at times inaccurate.
Published in Briefings in Bioinformatics, the study found that AI models that account for changes in molecular shape over time can accurately depict how immune systems recognize a target antigen. Through these models, researchers could home in on what processes are critical to target with immunotherapy treatments such as vaccines and engineered immune cells.
Researchers can incorporate these insights into other AI models moving forward to identify more effective immunotherapy targets.
“These discoveries are an example of what makes this partnership successful – combining IBM’s cutting-edge computational resources with Cleveland Clinic’s medical expertise,” Dr. Weber says. “These findings resulted from a key collaboration between everyone from a world-class expert in cancer immunotherapy to our physics-based simulation and AI experts. Collaboration when combined with innovation has terrific potential.”
Cleveland Clinic and IBM launched their Discovery Accelerator partnership in 2021, which is focused on advancing the pace of biomedical research through the use of high-performance computing, artificial intelligence and quantum computing. The landmark partnership brings together Cleveland Clinic’s world-renowned expertise in healthcare and life sciences, with IBM’s next generation technologies to make scientific discovery faster.
باحثون من كليفلاند كلينك، نظام الرعاية الصحية العالمي،
و"آي بي إم" ينشرون نتائج دراسة عن الذكاء الاصطناعي والمناعة
·
الدراسة تسلط
الضوء على كيفية تصميم الذكاء الاصطناعي بهدف تطوير أساليب علاج مناعي أفضل
·
الدكتور تيموثي
شان، الذي شارك في قيادة الدراسة، يشغل منصب رئيس مركز العلاج المناعي العادي
والمرتبط بالأورام الخبيثة الدقيقة الذي يحمل اسم سمو الشيخة فاطمة بنت مبارك
"أم الإمارات"
6 فبراير 2024، كليفلاند: نشر باحثون من كليفلاند كلينك، نظام الرعاية الصحية
العالمي، وشركة "آي بي إم" (IBM) استراتيجية لتحديد أهداف جديدة للعلاج المناعي باستخدام
الذكاء الاصطناعي. وتعتبر هذه الدراسة الأولى التي تتم مراجعتها من قبل أخصائيين
في القطاع وذلك في إطار شراكة "تسريع الاكتشاف العلمي" (Discovery
Accelerator) بين هاتين المؤسستين الرائدتين، والتي جرى تصميمها
لتعزيز أبحاث الرعاية الصحية وعلوم الحياة.
وتعاون أفراد الفريق معاً من أجل تطوير ذكاء اصطناعي
خاضع للإشراف وغير خاضع للإشراف وذلك بهدف كشف الخصائص الجزيئية لمستضدات الببتيد
التي تعتبر قطعاً صغيرة من جزيئات البروتين تستخدمها الخلايا المناعية للتعرف على
التهديدات. وينتمي أعضاء المشروع إلى مجموعة متنوعة يقودها الدكتور تيموثي شان من كليفلاند كلينك؛ إلى جانب الدكتور جيف ويبر، عالم
أبحاث أول لدى "آي بي إم"؛ والدكتور ويندي كورنيل، مدير وقائد
استراتيجية مشروع "تسريع الاكتشاف العلمي" للرعاية الصحية وعلوم الحياة.
وقال الدكتور شان، رئيس مركز العلاج المناعي العادي
والمرتبط بالأورام الخبيثة الدقيقة الذي يحمل اسم سمو الشيخة فاطمة بنت مبارك
"أم الإمارات": "لقد كانت جميع بياناتنا حول أهداف مستضدات السرطان
في الماضي تتولد من التجربة والخطأ. وتتيح الآن الشراكة مع ’آي بي إم‘ لنا دفع
حدود الذكاء الاصطناعي وأبحاث علوم الحياة من أجل تغيير الطريقة التي نقوم من
خلالها بتطوير وتقييم أهداف علاج السرطان".
هذا وبحث العلماء لعقود من
الزمن كيف يمكن تحديد المستضدات واستخدامها من أجل استهداف الخلايا السرطانية أو
الخلايا المصابة بالفيروسات. ولطالما كانت هذه المهمة صعبة بسبب تفاعل مستضدات الببتيد مع الخلايا المناعية بناء على بعض
الخصائص المحددة الموجودة على سطح الخلايا، وهي العملية التي لا تزال غير مفهومة
تماماً إلى الآن. واتسمت الأبحاث في هذا السياق بالمحدودية بسبب العدد الكبير للمتغيرات
التي تؤثر على طريقة تعرف الأجهزة المناعية على هذه الأهداف. ويعتبر تحديد هذه
المتغيرات عملية صعبة وتستهلك الكثير من الوقت باستخدام الحوسبة العادية، ولذلك
فإن النماذج الحالية محدودة، وقد تكون في بعض الأحيان غير دقيقة.
وتم نشر الدراسة في مجلة "ملخصات في المعلوماتية
الحيوية" (Briefings in Bioinformatics)، وخَلُصَت إلى أن نماذج الذكاء الاصطناعي التي تأخذ بالاعتبار تغيرات الشكل
الجزيئي بمرور الوقت يمكنها أن تقدم تصوراً دقيقاً حول كيفية تعرف أجهزة المناعة
على مستضد مستهدف. ويمكن للباحثين من خلال هذه النماذج تحديد الإجراءات المهمة
الواجب استهدافها بأساليب العلاج المناعي، مثل اللقاحات والخلايا المناعية التي
تمت هندستها.
ويمكن للباحثين إدراج هذه
المعلومات في نماذج ذكاء اصطناعي أخرى مستقبلاً من أجل تحديد أهداف علاج مناعي
أكثر فعالية.
من جانبه، قال الدكتور ويبر:
"تعتبر هذه الاكتشافات مثالاً على نجاح هذه الشراكة التي تجمع بين مصادر
الحوسبة المتطورة لشركة ’آي بي إم‘ من جهة وخبرة كليفلاند كلينك العميقة في مجال
الطب. لقد تم التوصل إلى هذه النتائج من خلال التعاون الرئيسي بين جميع الأطراف من
الخبراء العالميين في العلاج المناعي للسرطان وخبراء الذكاء الاصطناعي والمحاكاة
القائمة على الفيزياء لدينا، إذ يتمتع التعاون عند جمعه بالابتكار بإمكانيات
هائلة".
وكانت كليفلاند كلينك
و"آي بي إم" قد أطلقتا شراكة "تسريع الاكتشاف العلمي" (Discovery Accelerator) في عام
2021، وهي تركز على تسريع وتيرة الأبحاث الطبية الحيوية عبر استخدام الحوسبة عالية
الأداء، والذكاء الاصطناعي، والحوسبة الكمومية. وتجمع هذه الشراكة المتميزة ما بين
خبرات كليفلاند كلينك المعروفة عالمياً في مجال الرعاية الصحية وعلوم الحياة،
وتقنيات الجيل المقبل والمقدمة من "آي بي إم" وذلك من أجل تسريع
الاكتشافات العملية.
