Чи здатен штучний інтелект знайти ліки від коронавірусу

Для того, щоб зупинити пандемію, людських здібностей виявилося недостатньо. Здається, необхідні зусилля надлюдини.

Гонка з часом

Штучний інтелект і машинне навчання мають своїх адептів, пророків і скептиків. Перші ще недавно обіцяли, що платформи ШІ дозволять фармацевтичним та біотехнологічним компаніям оптимізувати науково-дослідні роботи і значно скоротять час і витрати, необхідні на пошук нових ліків.

Незадовго до того, як епідемія COVID-19 у Китаї стала глобальною пандемією, це встигло збутися: на початку лютого 2020 року вперше в історії розпочалися клінічні випробування ліків, розроблених штучним інтелектом. На їх винайдення пішло менш ніж 12 місяців – при тому, що раніше середній термін, який витрачали на цей етап, складав приблизно 5 років. Препарат, якому присвоїли непридатну для запам’ятовування назву DSP-1181, був спільною розробкою японської фармацевтичної компанії Sumitomo Dainippon Pharma і британської Exscientia – остання надала для пошуку ліків свою платформу ШІ. Засіб, згенерований нею, призначався для медикаментозної корекції обсесивно-компульсивного розладу. Люди, у яких він проявляється, потерпають від нав’язливих думок і повторюваних дій. Наприклад, вони постійно миють руки, боячись чим-небудь заразитися, і панікують, коли не мають можливості цього зробити. У цьому збігові є дещиця іронії: новини про пандемію багатьох довели до подібного стану.

Коли найгарячішою проблемою на порядку денному фармакомпаній став пошук ліків і вакцин проти нового коронавірусу, Exscientia взялася протестувати за допомогою біосенсорної технології більше ніж 15 000 вже затверджених потенційних препаратів, які можуть бути тою чи іншою мірою ефективними у боротьбі з патогеном. Процес почався наприкінці березня, а отримання повних наборів даних може зайняти від шести до восьми тижнів, після чого багатообіцяючі кандидати будуть залучені до подальших випробувань.
Інша британська компанія, BenevolentAI, віднайшла, що препарат баріцитініб, який використовується для лікування ревматоїдного поліартриту, може запобігти розвитку надмірної запальної реакції, котра часто стає причиною погіршення стану і смерті хворих на COVID-19. 11 квітня було анонсовано вступ препарату у третю фазу клінічних досліджень для вивчення його ефективності проти ускладнень коронавірусної інфекції.
Кембриджська компанія Healx, яка спеціалізується на розробці препаратів від рідкісних хвороб, перепрофілювалася і налаштувала свою систему штучного інтелекту Healnet, щоб перевірити усі можливі комбінації 4000 існуючих препаратів на здатність упоратися з SARS-CoV-2. Це дає 8 мільйонів можливих пар та 10.5 мільярдів потрійних коктейлів із ліків.

Американський стартап Insilico Medicine з допомогою системи штучного інтелекту за чотири дні ідентифікував тисячі молекул, які можуть виявитися потенційними ліками від коронавірусу. Сто найперспективніших кандидатів мають бути синтезовані і випробувані, а повна бібліотека нових згенерованих молекулярних структур – опублікована і відкрита для використання іншими дослідниками.
Французька компанія Iktos, яка працює з ШІ, заради пошуку нового препарату від SARS-CoV-2 об’єдналася з каліфорнійською SRI International, що спеціалізується на синтетичній хімії. Ідея полягає у тому, що система глибинного навчання, розроблена Iktos, сконструює молекулу, яка може стати основою антивірусного препарату, а SRI потім її синтезує.

У цьому ж напрямку працює південнокорейська компанія Deargen, однак їй потрібні партнери, аби синтезувати генеровані ШІ молекули. Раніше її системи на підставі аналізу зареєстрованих раніше ліків передбачили, що антиретровірусний препарат атазанавір, який застосовують у терапії ВІЛ-інфікованих, може подіяти проти нового коронавірусу (поруч з eфaвiрeнзом, дoлутeгрaвiром і вже дискредитованим ритoнaвiром).

У пошуках простих шляхів

Тестування дії на коронавірус існуючих препаратів, які розроблялися для лікування інших захворювань – коротша стежка, ніж синтез нових сполук, передусім через те, що випробування ефективності та безпечності інноваційних засобів може затягнутися на кілька років. І це не зміниться, навіть якщо штучний інтелект підбере найбільш підхожий з десяти мільярдів варіантів за кілька днів. А враховуючи, що у період з 4 до по 29 квітня кількість підтверджених випадків коронавірусної хвороби у світі стрибнула з 1 до 3 мільйонів (дані ВООЗ), варто поспішати. У пошуках дієвих засобів медицина і фармація готові хапатися за будь-яку соломинку.

Так, попередні результати клінічних випробувань препарату ремдесівір, який був синтезований для лікування хвороби Ебола, засвідчили, що пацієнти, які його приймали, одужували на 31% швидше, ніж ті, хто отримував плацебо. Смертність у піддослідній групі порівно з контрольною була нижча на 3,6%. Дослідження було спонсороване Національним інститутом алергії та інфекційних хвороб США і проводилось за участю 1063 пацієнтів. Втім, альтернативне дослідження, яке завершилося раніше, не продемонструвало, що ремдесівір якось впливає на рівень виживання пацієнтів з важкою формою COVID-19. Що найважливіше, усі результати потребують ретельної інтерпретації та додаткового підтвердження.
Обнадійливі результати показали клінічні дослідження японського препарату фавіпіравір (він же авіган), запатентованого як засіб проти нових штамів вірусу грипу. За попередніми даними китайських дослідників, у пацієнтів, які його приймали, тести на коронавірус ставали негативними через 4 дні після встановлення діагнозу, порівняно з 11 днями у тих, хто не отримував ліків. Також у 90% пацієнтів, яким давали фавіпіравір, покращився стан легень (порівняно з 62% без ліків). Фавіпіравір почали використовувати як експериментальний засіб проти нового коронавірусу в Японії, Китаї, Італії, Росії та на Близькому Сході.

Та у складних випадках фармація виявляється безсилою.
Важкохворих намагаються рятувати, переливаючи їм плазму крові людей, що одужали від COVID-19. Ця експериментальна практика являє собою останню соломинку, за яку хапаються уже в критичних ситуаціях. Її застосовували також під час епідемій SARS, MERS та Еболи. Отож розробка ліків на основі плазми є ще одним напрямком.
Ліки від коронавірусу шукають і в Україні. Як повідомляв 29 квітня Укрінформ, у Сумському обласному центрі служби крові братимуть аналізи осіб, які перехворіли на коронавірус та інші вірусні інфекції, аби потім їхню плазму з антитілами використовувати для розробки програми лікування із застосуванням імуноглобуліну. Ідею планує реалізувати компанія «Біофарма».
Раніше, 22 квітня, прес-служба Офісу президента України поінформувала про старт клінічних випробувань вітчизняних ліків які, за попередніми висновками, можуть знижувати ризик смерті від ускладнень коронавірусної інфекції. Щоправда, ні назву препарату, ні його розробників не уточнили.
Так чи інакше, пошук ліків нагадує складання пазлу з величезної кількості хаотично перемішаних деталей, спроможних складатися у найрізноманітніші конфігурації. І будь-яка з цих випадкових комбінацій здатна виявитися тим, що ви шукаєте – але більшість будуть просто сміттям. У кращому випадку, вони зможуть придатися для зовсім непередбачуваних цілей, як-от силденафілу цитрат, відомий під трохи іншою ринковою назвою.

Знайти і знищити

А що може вийти, якщо перекласти на плечі алгоритмів контроль і діагностику захворювання?
Одна зі служб охорони здоров’я, які функціонують в Ізраїлі, Maccabi Healthcare Services, використовує штучний інтелект, щоб визначати людей з високим ризиком ускладнень COVID-19. Таким чином вдалося ідентифікувати близько 40 тисяч осіб, для яких інфекція несе найбільше загроз, і їх у першу чергу перевірятимуть на коронавірус. Система була спершу створена з метою виявити людей, які важче переносять сезонний грип. Вона використовує медичні дані, накопичені організацією за 27 років і враховує таку інформацію, як вік особи, наявність супутніх захворювань, історія попередніх госпіталізацій та індекс маси тіла. ШІ може проаналізувати величезну кількість записів та звернути увагу на вразливі категорії, які інакше залишились би непоміченими.
У Піднебесній ШІ залучили до стеження за громадським здоров’ям: китайських поліцейських одягли у шоломи з інфрачервоними камерами, оснащеними системами розпізнавання обличчя. Камери також можуть визначати температуру тіла перехожих з відстані до 5 метрів. Як повідомляла South China Morning Post, ними, вірогідно, користуються і для відстеження порушників режиму самоізоляції.

Ще на початку епідемії у Китаї штучний інтелект прислужився як для рекордно швидкого розшифрування геному нового вірусу, так і для розробки тест-систем, які визначають його присутність.

У одному з найбільших госпіталів Великобританії систему штучного інтелекту qXR залучили до діагностики пневмонії, викликаної коронавірусною хворобою. Система тільки вчилася аналізувати рентгенівські знімки і працювала у тестовому режимі, та за кілька тижнів розробник переналаштував її на пошук ознак уражень легенів, характерних для COVID-19. При нестачі ПЛР-тестів, результатів яких ще треба дочекатися, аналіз знімків дає змогу оперативно виявляти пацієнтів, які першочергово потребують допомоги. У Royal Bolton Hospital штучний інтелект поки що робить тільки попередні висновки, а рентгенологам залишається їх перевірити. Однак це суттєво скорочує час на обробку знімків. Якщо ж взяти до уваги навантаження на лікарів, зумовлене напливом пацієнтів під час пандемії, то технологія здається справжнім порятунком.
Аналогічний підхід використала Академія Damo при корпорації Alibaba, яка натренувала алгоритм на тисячах знімків легень людей із коронавірусною хворобою і досягла того, що він міг визначати COVID-19 із точністю до 96%.
Схожу систему запровадив також ізраїльський стартап RADLogics.

До коронавірусу штучний інтелект уже навчився діагностувати рак грудей, легень, меланому та глаукому не гірше, а іноді і точніше, як фахівці-люди. Зокрема, спеціальності рентгенолога вже пророкують забуття: вона однією з перших у медицині може бути повністю витіснена алгоритмами. І на тлі пандемії та нестачі персоналу багато клінік наважуються застосувати подібні інструменти уперше. Досі вони лишаються всього-на-всього інструментами, і то допоміжними, а не основними. Але без них уже не обійтися.