Badania nad tzw. cyfrowymi replikami, czyli wiernymi modelami komputerowymi odzwierciedlającymi procesy zachodzące w organizmie człowieka i otoczeniu, będą realizowane dzięki technologiom zapewnianym przez fabrykę AI Gaia. Powstaje ona przy Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet AGH w Krakowie.
W inicjatywę cyfrowych bliźniaków zaangażowani są m.in. badacze z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Sano Centrum Medycyny Obliczeniowej.
– Obecnie, największym problemem nie jest konstruowanie superkomputerów, ale ich projektowanie w taki sposób, aby umiały rozwiązywać autentyczne problemy. Naszym zadaniem w tym projekcie będzie tworzenie tzw. cyfrowych replik – oznajmił PAP dr hab. inż. Paweł Łabaj, prof. UJ, z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.
Jak wytłumaczył, cyfrowa replika to zaawansowany model obliczeniowy, który w realistyczny sposób prezentuje procesy zachodzące w przestrzeni i czasie w danym otoczeniu, np. w jelitach człowieka. W krakowskim projekcie będą udoskonalane dwa zasadnicze typy takich modeli: cyfrowa replika mikrobiomu jelitowego, nad którą pracować będzie zespół dr. Tomasza Kościółka z Sano, oraz cyfrowa replika mikrobiomu środowiskowego, rozwijana przez zespół prof. Łabaja.
– Te cyfrowe repliki, bazujące na infrastrukturze fabryki AI, umożliwią prognozowanie, jak organizm reaguje na rozmaite interwencje, np. terapię farmakologiczną lub zmiany trybu życia – podkreślił naukowiec.
Jego zdaniem tego rodzaju technologia może całkowicie zmienić metodę opracowywania terapii oraz leków. Umożliwi bowiem modelowanie i weryfikowanie ich efektywności bez konieczności realizowania niektórych etapów, obecnie długotrwałych, badań klinicznych w tradycyjnej formie.
– To może być punkt zwrotny, ponieważ pozwoli na tworzenie spersonalizowanych terapii, dostosowanych do konkretnej osoby – zaznaczył prof. Łabaj.
W projekcie, który będzie realizowany w Sano, zasadniczym elementem jest mikrobiom jelitowy. Jak wspomniał prof. Łabaj, coraz więcej badań wskazuje, że mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita mogą mieć wpływ na efektywność terapii. Przykładem są przeprowadzone kilka lat temu testy nowego leku przeciwnowotworowego.
Przeczytaj także
Druga w Polsce fabryka AI powstanie w Krakowie. Jest decyzja
– W testach na liniach komórkowych oraz zwierzętach działał idealnie, jednak u niektórych pacjentów był zupełnie bezskuteczny. Okazało się, że osoby, u których nie działał, miały w jelitach konkretną bakterię. Wytwarzała ona metabolit, który całkowicie neutralizował ten lek. Po zastosowaniu antybiotyku i usunięciu bakterii lek zaczął działać właściwie – zrelacjonował naukowiec.
Dzięki cyfrowym replikom takie zależności będzie można analizować już na etapie opracowywania terapii. Zatem, technologia ta może przyspieszyć rozwój przemysłu farmaceutycznego, skrócić proces badań klinicznych oraz podnieść bezpieczeństwo pacjentów.
Według prof. Łabaja w przyszłości na jej podstawie możliwe będzie również tworzenie modeli populacyjnych, a następnie ich dopasowywanie na podstawie danych zgromadzonych od konkretnej osoby.
– Po odpowiedniej charakterystyce mikrobiomu danej osoby będzie można bardzo dokładnie określić, jakie produkty lub suplementy będą efektywne właśnie dla niej. Ponadto w przypadku znacznych dysbioz (zaburzenie mikrobiomu – przyp. PAP), w których obecnie podawane mieszanki brakujących bakterii nie zawsze działają, będzie można wyznaczyć „ścieżki pre- i pro-biotykoterapii”, określające szczegółowy plan tego, jakie preparaty przyjmować w jakim momencie – podkreślił badacz.
Powstająca fabryka AI jest więc, w jego ocenie, idealnym narzędziem do tego typu badań. – Dopiero teraz, dzięki postępowi infrastruktury obliczeniowej, możliwe jest wierne odzwierciedlenie tak złożonych systemów jak mikrobiom. Wcześniej brakowało nam zarówno mocy obliczeniowej, jak i danych wysokiej jakości. Teraz te warunki zaczynają być spełnione – powiedział.
Dane niezbędne do uczenia modeli będą pochodziły zarówno z projektów naukowych, jak i z działań prywatnych spółek świadczących usługi charakterystyki mikrobiomu i gromadzących tego rodzaju informacje.
Utworzenie Gaia AI Factory ogłosiły 10 października Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministerstwo Cyfryzacji. Jak podano, z infrastruktury będą mogli korzystać naukowcy, przedsiębiorcy oraz administracja publiczna.
Katarzyna Czechowicz (PAP)
kap/ agt/ mow/
