محققان با استفاده از هوش مصنوعی (AI) و با تقلید از ساختارهای پیچیده ویروس‌ها، پلتفرم درمانی نوآورانه‌ای ایجاد کرده‌اند. تحقیقات پیشگامانه آن‌ها در مجله Nature منتشر شده است.

ویروس‌ها به‌طور منحصربه‌فردی برای محصور کردن مواد ژنتیکی در پوسته‌های پروتئینی کروی طراحی شده‌اند و آن‌ها را قادر می‌سازند تا تکثیر شوند و به سلول‌های میزبان حمله کنند و اغلب باعث بیماری می‌شوند. محققان با الهام از این ساختارهای پیچیده، پروتئین‌های مصنوعی مدل‌سازی شده از روی ویروس‌ها را بررسی کرده‌اند.

این «نانو قفس‌ها» رفتار ویروسی را تقلید می‌کنند و به طور مؤثر مواد ژن‌ درمانی را به سلول‌های هدف می‌رسانند. با این حال، نانوقفس‌های موجود با چالش‌های مهمی روبرو هستند. اندازه کوچک آن‌ها مقدار مواد ژنتیکی را که می‌توانند حمل کنند، محدود می‌کند، و طرح‌های ساده امکان انجام چند کار را، مشابه پروتئین‌های ویروسی، ندارد.

برای رفع این محدودیت‌ها، این تیم تحقیقاتی از طراحی محاسباتی مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده کردند. در حالی که بیشتر ویروس‌ها ساختارهای متقارنی را نشان می‌دهند، اما عدم تقارن ظریفی نیز دارند. این تیم با استفاده از هوش مصنوعی، این ویژگی‌های ظریف را بازسازی کردند و برای اولین بار نانوقفس‌ها را با موفقیت در اشکال چهار وجهی، هشت‌وجهی و بیست‌وجهی طراحی کردند.

نانوساختارهای حاصل از چهار نوع پروتئین مصنوعی تشکیل شده‌اند که ساختارهای پیچیده‌ای را با شش رابط پروتئین-پروتئین مجزا تشکیل می‌دهند. در این میان، ساختار بیست‌وجهی با قطری تا ۷۵ نانومتر، به دلیل توانایی خود در نگهداری مواد ژنتیکی سه برابر بیشتر از ناقل‌های انتقال ژن معمولی، مانند ویروس‌های مرتبط با آدنو (AAV) متمایز بوده و پیشرفت قابل توجهی در ژن‌درمانی نشان می‌دهند.

نتایج تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی تایید کرد که نانوقفس‌های طراحی‌شده با هوش مصنوعی به ساختارهای متقارن دقیقی دست یافته‌اند. آزمایش‌های عملکردی توانایی آن‌ها را در رساندن مؤثر محموله‌های درمانی به سلول‌های هدف نشان دادند و راه را برای کاربردهای پزشکی عملی هموار کردند.

پروفسور سانگمین لی گفت: «پیشرفت‌های حوزه هوش مصنوعی درهای تازه‌ به سوی عصر جدیدی از تحقیقات باز کرده است که در آن ما می‌توانیم پروتئین‌های مصنوعی را برای رفع نیازهای بشر طراحی و مونتاژ کنیم. ما امیدواریم این تحقیق نه تنها توسعه ژن‌درمانی را تسریع کند، بلکه باعث پیشرفت در واکسن‌های نسل بعدی و سایر نوآوری‌های زیست‌پزشکی شود.»

در این پروژه، پروفسور لی با پروفسور دیوید بیکر، برنده جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ از دانشگاه واشنگتن، همکاری کرد.