Мозговая ткань и искусственный интеллект

Израильский предприниматель и инвестор Шмулик Бецалель объездил весь мир и жертвовал средства на исследования, чтобы найти лечение для своего сына Итая, страдающего низкофункциональным расстройством аутистического спектра. Итай – один из 254 млн детей и взрослых во всём мире, которые борются с нейропсихиатрическими расстройствами, не имея возможности получать подходящее лечение.

Осознавая ограниченность терапевтических возможностей для нейропсихиатрических расстройств, Бецалель объединился с предпринимателем Боазом Гольдманом и доктором нейронаук Нисимом Перецем и в 2021 г. основал израильский биотехнологический стартап с целью моделирования мозга и проверки эффективности лекарств, нацеленных на лечение психиатрических и неврологических расстройств, в том числе аутизма, эпилепсии и шизофрении. Этим занимается компания Itay & Beyond, названная в честь сына Бецалеля.

Нисим Перец сказал: «Идея заключалась в том, чтобы создать систему, которая будет проверять, как конкретный препарат повлияет на способность Итая и других больных учиться, улучшать память или быть более общительным. Главная цель – создать систему для прогнозирования эффективности конкретных препаратов в отношении функционирования когнитивных и поведенческих аспектов».

Израильские ученые во главе с Перецем работают в лаборатории медицинского центра «Хадасса» (Иерусалим), разрабатывая чип, имитирующий человеческий мозг и обладающий возможностью поведенческих проявлений, что даже в наше время звучит как фрагмент из научно-фантастического романа.

Перец и его команда выращивали в лаборатории мозговые органоиды – ткань, напоминающую части человеческого мозга. Для этого в чашке Петри одну клетку, извлеченную из образцов мочи пациентов с аутизмом или эпилепсией, перепрограммировали в стволовую клетку. Выращенная в лаборатории мозговая ткань переносится на электронный чип, который подключается к компьютеру. Ткань находится на многоэлектродной матрице, и каждый электрод служит для записи характеристик или подачи стимулов на мозговые органоиды. Таким образом, технология «мозг на чипе» обеспечивает возможность измерения электронных сигналов от живой мозговой ткани, выращенной in vitro.

Перец поясняет: «Мы рассматриваем мозг как компьютер, а не как орган вроде сердца или печени. Основная технология, которую мы разработали, заключается в том, что мы решили сделать ставку на размещение мозговых органоидов на чипе, чтобы иметь возможность регистрировать и стимулировать электрическую активность мозга, а не только отдельных молекул. Используя передовые технологии искусственного интеллекта и анализ больших массивов данных, мы можем измерять, изучать и предоставлять информацию о том, как мозговые органоиды кодируют параметры и реагируют на стимулы, в том числе на различные молекулы лекарств».

Перец отметил, что нейронное кодирование, то есть то, как мозг работает и кодирует информацию, является ключом к пониманию того, что «идет не так в мозге» у пациентов с психиатрическими и неврологическими расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, болезнь Паркинсона и шизофрения.

Платформа, которую разрабатывает Itay & Beyond, поможет преодолеть серьезный тупик в разработке лекарств для пациентов с нейропсихиатрическими расстройствами. При разработке лекарств исследователи сначала испытывают их на мышах или крысах, а затем, в случае успеха, на людях. Однако из-за существенных различий между мозгом мышей и человека эти лекарства часто терпят неудачу в клинических испытаниях на людях. Оказывается, что годы дорогостоящей разработки проходят впустую. За последние два десятилетия было одобрено всего пять новых лекарств для страдающих аутизмом и эпилепсией.

Перец добавляет: «Одной из причин, по которой очень сложно разрабатывать лекарства против неврологических или психиатрических расстройств, является плохое прогнозирование эффективности. Кроме того, эффективность новых лекарств часто подтверждается только после клинических испытаний фазы 2 или фазы 3, что может занять 10 лет и требует больших затрат».

Перец признал, что другие ученые по всему миру тоже ведут разработку моделей мозга на чипе, чтобы лучше понимать расстройства мозга и разрабатывать новые лекарства, но, по его словам, основное внимание уделяется безопасности, а не эффективности, «потому что это гораздо более простая задача».

Система Itay & Beyond всё еще находится в зачаточном состоянии, но Перец сказал, что биотехнологический стартап уже имеет партнерские отношения с небольшими фармацевтическими компаниями в Израиле и Европе, которые используют его технологию в качестве системы поддержки принятия решений о том, следует ли им продвигать клинические испытания лекарств.

Перец отметил, что стартап находится на пороге публикации своей первой рецензируемой научной статьи, которая готовится совместно с медицинским центром «Хадасса». В следующем году Перец и его команда продолжат работу над ретроспективной и перспективной клинической валидацией технологической платформы, которая также будет включать тестирование пациентов в Детском медицинском центре «Шнайдер» в Петах-Тикве.

 

Сергей ГАВРИЛОВ