KI verwandelt Immunzellen in präzise Krebsbekämpfer – in nur wenigen Wochen

Eine präzise Krebsbehandlung in größerem Maßstab rückt näher, nachdem Forscher eine KI-Plattform entwickelt haben, die Proteinkomponenten maßschneidern und die Immunzellen des Patienten zur Bekämpfung von Krebs bewaffnen kann. Die neue Methode, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, zeigt erstmals, dass es möglich ist, Proteine am Computer so zu entwerfen, dass sie Immunzellen über pMHC-Moleküle auf Krebszellen umleiten. Dadurch verkürzt sich der Prozess der Suche nach wirksamen Molekülen für die Krebsbehandlung von Jahren auf wenige Wochen.

Bahnbrechendes KI-System revolutioniert die Krebsimmuntherapie

„Wir schaffen im Grunde genommen ein neues Paar Augen für das Immunsystem. Derzeitige Methoden zur individuellen Krebsbehandlung basieren darauf, im Immunsystem eines Patienten oder Spenders sogenannte T-Zell-Rezeptoren zu finden, die für die Behandlung verwendet werden können. Dies ist ein sehr zeitaufwändiger und schwieriger Prozess. Unsere Plattform entwirft mithilfe der KI-Plattform molekulare Schlüssel, um Krebszellen anzugreifen, und das mit unglaublicher Geschwindigkeit, sodass innerhalb von vier bis sechs Wochen ein neues Leitmolekül bereitstehen kann“, sagt Timothy P. Jenkins, Associate Professor an der Technischen Universität Dänemark (DTU) und letzter Autor der Studie.

Die KI-Plattform, die von einem Team der DTU und des amerikanischen Scripps Research Institute entwickelt wurde, soll eine große Herausforderung in der Krebsimmuntherapie lösen, indem sie zeigt, wie Wissenschaftler gezielte Therapien für Tumorzellen entwickeln und dabei gesunde Gewebe schonen können. Normalerweise identifizieren T-Zellen Krebszellen auf natürliche Weise, indem sie bestimmte Proteinfragmente, sogenannte Peptide, erkennen, die von Molekülen namens pMHCs auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Die Nutzung dieses Wissens für die Therapie ist ein langsamer und schwieriger Prozess, oft weil die Variation der körpereigenen T-Zell-Rezeptoren die Entwicklung einer personalisierten Behandlung erschwert.

Präzision ist in der Krebsbehandlung von entscheidender Bedeutung

In der Studie testeten die Forscher die Leistungsfähigkeit der KI-Plattform an einem bekannten Krebszielmolekül, NY-ESO-1, das in einer Vielzahl von Krebsarten vorkommt. Dem Team gelang es, einen Minibinder zu entwickeln, der sich fest an die NY-ESO-1-pMHC-Moleküle bindet. Als das entworfene Protein in T-Zellen eingeführt wurde, entstand ein einzigartiges neues Zellprodukt, das von den Forschern „IMPAC-T-Zellen” genannt wurde und die T-Zellen in Laborversuchen effektiv dazu anleitete, Krebszellen abzutöten. Die Forscher wandten das Verfahren auch an, um Bindemittel für ein Krebsziel zu entwerfen, das bei einem Patienten mit metastasiertem Melanom identifiziert wurde, und konnten ebenfalls Bindemittel für dieses Ziel erfolgreich herstellen. Damit wurde dokumentiert, dass die Methode auch für eine maßgeschneiderte Immuntherapie gegen neue Krebsziele eingesetzt werden kann.

Ein entscheidender Schritt in der Innovation der Forscher war die Entwicklung einer „virtuellen Sicherheitsprüfung“. Das Team nutzte KI, um die von ihnen entworfenen Minibinder zu screenen und sie in Bezug auf pMHC-Moleküle zu bewerten, die auf gesunden Zellen gefunden wurden. Mit dieser Methode konnten sie Minibinder, die gefährliche Nebenwirkungen verursachen könnten, bereits vor der Durchführung von Experimenten herausfiltern. „Präzision ist in der Krebsbehandlung von entscheidender Bedeutung. Indem wir bereits in der Entwicklungsphase Kreuzreaktionen vorhersagen und ausschließen konnten, haben wir das mit den entwickelten Proteinen verbundene Risiko reduziert und die Wahrscheinlichkeit erhöht, eine sichere und wirksame Therapie zu entwickeln“, sagt DTU-Professorin und Mitautorin der Studie Sine Reker Hadrup.

Krebszellen im Körper genau aufspüren und eliminieren

Timothy Patrick Jenkins geht davon aus, dass es bis zu fünf Jahre dauern wird, bis die neue Methode für erste klinische Studien am Menschen bereit ist. Sobald die Methode einsatzbereit ist, wird der Behandlungsprozess den aktuellen Krebsbehandlungen mit genetisch veränderten T-Zellen ähneln, den sogenannten CAR-T-Zellen, die derzeit zur Behandlung von Lymphomen und Leukämie eingesetzt werden. Den Patienten wird zunächst im Krankenhaus Blut abgenommen, ähnlich wie bei einer routinemäßigen Blutuntersuchung. Aus dieser Blutprobe werden dann ihre Immunzellen extrahiert und im Labor so verändert, dass sie die von der KI entwickelten Minibinder tragen. Diese verbesserten Immunzellen werden dem Patienten zurückgegeben, wo sie wie gezielte Raketen wirken und Krebszellen im Körper genau aufspüren und eliminieren.