Piilaakson startup kehittää "mini-aivoja" koneoppimisen avulla kehittääkseen uusia hoitoja psykologisiin häiriöihin

System1: n biotieteet hyödyntävät koneoppimista, neurotiedettä, robotti-automaatiota ja aivojen organoiditieteitä [3] häiriöiden syvien karakterisointien löytämiseksi ja uusien terapeuttisten kohteiden ja lääkehoitojen kehittämiseksi.

Stacy Stanford 1. marraskuuta 2018

Suunnittelija Machine Learning Memoirs Inc. | Kuva merkitty uudelleenkäyttöä varten oikeilla lainoilla

Entä jos kertoisimme sinulle, että on yritys, joka kasvattaa “miniaivoja”, annostelee niitä tutkimuslääkkeillä ja lukee sitten heidän tietolähdönsä koneoppimisen ja robotti-automaation avulla?

System1 Biosciences, Piilaaksoon perustuva neuroterapeuttisten yritysten yritys, joka yhdistää aivojen organoiditieteen, systeemien neurotieteen, robotiikan automatisoinnin ja koneoppimisen, pyrkii löytämään sellaisia ​​sairauksien karakterisointeja, joita ei koskaan ennen ole ollut mahdollista saavuttaa, joissa näitä ”syviä fenotyyppejä” hyödynnetään uusien tunnistamiseksi terapeuttiset kohteet ja lääkehoito [4]. Startup ilmoitti viime syyskuussa, että se keräsi 25 miljoonan dollarin A-sarjan kierroksen [7], joita johtavat CRV ja Pfizer Ventures sekä joukko muita sijoittajia. Kaupan myötä yhtiön kokonaisrahoitus on 30 miljoonaa dollaria.

Asioiden selventämiseksi System1 ei kasva täysin aivoja; se kasvattaa ns. aivojen organoideja, jotka Harvardin kantasoluinstituutti määrittelee [1] “pieniksi, itsenäisesti järjestäytyneiksi kolmiulotteisiksi käyttöviljelmiksi, jotka ovat peräisin kantasoluista. Tällaiset kulttuurit on suunniteltu replikoimaan suuri osa elimen monimutkaisuudesta ja / tai ilmaisemaan sellaisia ​​valittuja piirteitä. "

Tällaisia ​​organismeja kasvatetaan autismista, epilepsiasta ja skitsofreniasta kärsivien potilaiden kantasoluista; aivojen organoidit auttavat paljastamaan tutkijaryhmälle joitain perustavaa laatua olevia merkkejä taudeista, joita voidaan sitten hoitaa uusilla lääkkeillä ja hoidolla.

Yhtiö mainitsee, että sen organoideista virtaavan tuloksen analysointi tuottaa sairauksien järjestelmätasoiset karakterisoinnit, joita koskaan ei voida saavuttaa. Näitä karakterisointeja, joihin yritys viittaa nimellä “syvät fenotyypit”, voidaan käyttää etsimään kohteita uusiin neurologisten hoitomenetelmien ja psykiatriset sairaudet.

System1, toimitusjohtaja ja perustajajäsen, Sean Escola mainitsee, että perinteinen kohdepohjainen huumeiden etsinnällinen lähestymistapa on rikki, mikä tekee sellaisista kärsivistä ihmisistä nälkäisiä innovaatioiden suhteen. Lähestymistapa saattaa kuulostaa tulevaisuuden tieteiskirjalliselta romaanilta, mutta nämä tietointensiiviset, erittäin rinnakkaiset koneoppimismenetelmät ovat iso osa huumeiden löytämisen tulevaisuutta. Juuri niin tapahtuu, että tämä yksi yritys kasvattaa pieniä aivoja tehdäkseen sen.

Osa aivojen organoidista kolmen kuukauden viljelyn jälkeen. Eri värit merkitsevät erityyppisiä soluja, korostaen organoidin rakenteellista monimutkaisuutta. (Kuva: Harvardin Arlotta Labolatory [2])

Psykiatrisia sairauksia tutkineet tutkijat ovat vuosikymmenien ajan keksineet uusia lääkkeitä etsimällä sitä, mikä heidän mielestään on rikki tai sairaita molekyylejä tai soluja, jotka voivat aiheuttaa taudin oireita. Kuitenkin noin 90%: n tapauksista, osa heidän väitteistään kyseisistä molekyyleistä oli ensinnäkin väärässä, ja hukkaan menee paljon aikaa ja miljardeja dollareita, joissa suurin osa nykyisistä markkinoilla olevista lääkkeistä on edelleen tuote tämän mallin.

Esimerkiksi skitsofrenian suosituimmat lääkkeet, kohde-dopamiini - molekyyli, jonka uskotaan olevan avainasemassa muistissa ja nautinnossa. Mutta nämä lääkkeet eivät auta monia ihmisiä. Yksi syy on, että monet skitsofrenian oireet hallusinaatioista muistin menetykseen voivat olla seurausta aivojen välisistä aiheista, jotka ovat perustavanlaatuisempia.

Neurotieteen nykyiset lääkekehitysmenetelmät eivät kuitenkaan koe näitä järjestelmätason ongelmia. Sen sijaan he keskittyvät yhteen tai kahteen taudin yksittäiseen komponenttiin. Escola, joka on myös Columbian yliopiston psykiatrian apulaisprofessori, uskoo olevan traaginen valvonta. Hänen mukaansa se voisi selittää myös sen, miksi niin monet lääkkeet eivät auta potilaita. Mikä voisi tarkoittaa, että monet aikaisemmista yrityksistämme luoda lääkkeitä psykiatrisiin sairauksiin, kuten epilepsiaan ja skitsofreniaan, ovat ”puutuneet metsään puiden vuoksi”.

Escolan ja hänen perustajiensa, San Franciscon Kalifornian yliopiston neurologian professori Saul Kato -yrityksen tarkoituksena on selvittää ongelmaa selvittääkseen miniaivojensa toimintaa sellaisten taudin oireiden varalta, joita voisi tapahtua paljon perustapohjaisemmalla tasolla. sairaudesta.

Toivomuksemme on tehdä lupaava löytö työssään aivojen organoidien kanssa, jossa Escolan ja Katon tutkijoiden on vielä testattava ideaansa ja suoritettava lopulta kliiniset tutkimukset ihmisillä. System1: n tutkijat viettävät kuukausien kuluttua tutkia aivojen organoideja perusteellisesti koneoppimisella ohjelmistolla. He toivovat päätyvänsä useisiin siihen, mitä Escola kutsuu “syväksi fenotyypiksi” tai sairauden ominaispiirteisiin, jotka voidaan nähdä koko toiminnan järjestelmässä, toisin kuin vain tiettyjen molekyylien tai solujen sisällä.

Useat huumeiden löytämisen ja kehittämisen aloittelijat käyttävät samanlaista lähestymistapaa System1: n koneoppimiskomponenttiin [6]. Silicon Valley -pohjainen käynnistysnumero Numerate käyttää koneoppimista pienimolekyylisten lääkkeiden löytämisen optimoimiseksi ja toksisten sivuvaikutusten ennakoimiseksi paremmin. Baltimoresta käynnistyvä InSilico käyttää syvää oppimista arvioidakseen genomin, epigenomin ja mikrobiomitason tietoja. Ja Lontoossa sijaitseva käynnistysohjelma BenevolentBio käyttää kliinisten tutkimusten ja tutkimuspapereiden tietoaineistoja [5] tekoälypohjaisiin algoritmeihin, jotka auttavat paljastamaan syvempiä yhteyksiä sairauksien ja lääkeaineiden välillä. Siitä huolimatta System1 on ainoa yritys, joka tekee sellaista tutkimusta, jolla on omat biologisen tiedon lähteensä - aivojen organoidit.

Viitteet:

[1] Orgaaniset hapot: Uusi ikkuna tautiin, kehitykseen ja löytöihin Harvardin kantasoluinstituutti https://hsci.harvard.edu/organoids

[2] Arlotta-laboratorio | Harvardin yliopisto, kantasolujen ja regeneratiivisen biologian laitos | https://hscrb.harvard.edu/res-fl-arlotta

[3] Ihmisen aivoorganoidien kehitys ja karakterisointi: optimoitu protokolla | NCBI | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6038047/pdf/10.1177_0963689717752946.pdf

[4] Tietoja System1 Biosciences Inc.: sta System1: n biotieteet | https://system1.bio/press/#about

[5] Kuinka tekoäly muuttaa huumeiden löytämistä | Luonto | https: //www.nature.com/articles/d41586-018-05267-x

[6] koko voima: Kohdepohjainen menetelmä toistuvien verkkojen kouluttamiseen | Arxiv | https://arxiv.org/pdf/1710.03070.pdf

[7] System1-biotieteet | Crunchbase | https://www.crunchbase.com/organization/system1-biosciences