פיתוח תרופות: המסלול המהיר

חוקרים בפקולטה למדעי המחשב פיתחו מערכת חכמה לפיתוח תרופות חדשות. המערכת צפויה לקצר ולהוזיל את תהליך הפיתוח באופן דרמטי

ד"ר קירה רדינסקי. צילום: אייל טואג

ד"ר קירה רדינסקי. צילום: אייל טואג

ד"ר קירה רדינסקי והמסטרנט שחר הראל מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון פיתחו מערכת חכמה לפיתוח תרופות חדשות. המערכת, הצפויה לקצר ולהוזיל את תהליך הפיתוח באופן דרמטי, תוצג בכנס KDD2018 שיתקיים בלונדון בשבוע הבא. ד"ר רדינסקי היא המדענית הראשית ומנהלת מדעי הנתונים ב-eBay ישראל ופרופסור-אורח בפקולטה למדעי המחשב בטכניון. שחר הראל הוא סטודנט לתואר שני, העורך את המחקר בהנחייתה.

יצירת תרופות היא תהליך יקר וממושך מאוד. כמה יקר וממושך? 0.5 מיליארד דולר עד 2.5 מיליארד דולר, ותקופה של 15-10 שנים, הם מספרים מקובלים בעולם הפרמקולוגיה.

אם בעבר התגלו תרופות חדשות במקרה – גילוי הפניצילין הוא הדוגמה המפורסמת ביותר – הרי שכיום התהליך מחושב ומערכתי יותר. תחילתו בסריקה של מולקולות רבות כדי לבחור מתוכן את אלה שיש להן פוטנציאל ריפויי משמעותי.

הבעיה היא שמספר המולקולות שיש להן פוטנציאל תרופתי הוא עצום: בין 1023 ל-1060. לשם השוואה – מספר הכוכבים ביקום הנצפה כולו נאמד בכ-1022. לכן נהוג לקצר את תהליך הפיתוח באמצעות צמצום המרחב הראשוני למולקולות שכבר מאופיינות בתכונות הרצויות. ועדיין, מדובר בכמות עצומה של מולקולות.

במחקר שיוצג בלונדון מציגים חוקרי הטכניון גישה חדשה ליצירת מולקולות בעלות פוטנציאל ריפויי. לדבריהם, "נקודת המוצא היא שאוצר המילים של הכימיה האורגנית, הרלוונטית לפיתוח תרופות, פועל בדומה לאוצר המילים של השפה הטבעית. המערכת שפיתחנו, הבנויה על בינה מלאכותית ולמידה עמוקה, למדה את השפה הזאת על סמך מאות אלפי מולקולות. בנוסף סיפקנו לה את ההרכב הכימי של כל התרופות המאושרות שהיו ידועות עד שנת 1930. אותן תרופות קיימות היוו עבור המערכת אבות-טיפוס שעל בסיסם היא יצרה וריאציות שונות – תרופות פוטנציאליות חדשות. כדי שהמערכת תהיה יצירתית הכנסנו לה במתכוון 'רעש' היוצר שונוּת. פירוש הדבר הוא שעל סמך כל תרופה קיימת היא תייצר וריאציות רבות."

שחר הראל

שחר הראל

המערכת, אם כן, מבוססת על שפה פרמקולוגית, מידע על תרופות קיימות ומנגנון המעודד יצירתיות. החוקרים הורו לה להציע 1,000 תרופות המבוססות על אותן תרופות ישנות, והופתעו לגלות ש-35 מתוך התרופות החדשות שפיתחה המערכת הן תרופות קיימות, מאושרות FDA, שפותחו ואושרו אחרי 1930. במילים אחרות, החוקרים הדגימו את יעילותה של המערכת בפיתוח תרופות 'הגיוניות' או תקפות. "למעשה אנחנו מציגים כאן אלגוריתם שמספק את השלב היצירתי בפיתוח התרופה – שלב המצאת המולקולה. היכולת הזאת נשענת על החידוש המתמטי שלנו, שמאפשר למחשב להבין את שפת הכימיה ולייצר מולקולות חדשות לפי תרופת האב-טיפוס."

לדברי ד"ר רדינסקי, "יש כאן לא רק ייעול של שיטה קיימת אלא פרדיגמה חדשה לגמרי לפיתוח תרופות ולפרקטיקה המדעית בכלל. במקום לחפש קשרים ספציפיים על סמך השערות שניסחנו בעצמנו אנחנו נותנים למחשב למצוא קשרים כאלה ללא הכוונה ועל סמך מדגם עצום. המחשב אינו חכם יותר מהאדם, אבל הוא מסוגל להתמודד עם כמות עצומה של נתונים ולמצוא קישורים בלתי צפויים. כך הצלחנו (במחקר אחר) למצוא תופעות לוואי בלתי ידועות של תרופות ושל שילובי-תרופות שונים, וכעת גם להציג מנגנון לפיתוח תרופות חדשות. כאמור, יש כאן מדע מסוג חדש לגמרי, שאינו עובד על השערה מוקדמת הנבדקת בניסוי אלא על נתונים הקובעים את השערת המחקר."

חשיבותה של פריצת הדרך הנוכחית גדולה במיוחד על רקע חוקEroom , הקובע כי מספר התרופות החדשות המאושרות על ידי ה-FDA יורד בקצב של כ-50% בכל 9 שנים (מדובר ביחס בין מספר התרופות החדשות להשקעה במחקר ופיתוח). המונח חוק  Eroom נטבע בשנת 2012 במאמר ב-Nature Reviews Drug Discovery, ושמו הוא היפוך אותיות של חוק מור (Moore), הקרוי על שמו של גורדון מור, ממייסדי אינטל. חוק מור קובע כי מספר הטרנזיסטורים המשולבים במעגל משולב יוכפל מדי שנתיים. חוק Eroom, לעומתו, קובע כאמור כי מדי שנה יוצאות לשוק פחות ופחות תרופות.
ד"ר רדינסקי מעריכה כי "המערכת החדשה שפיתחנו תאיץ ותוזיל את פיתוחן של תרופות חדשות ויעילות וכך תקצר את זמן ההמתנה של החולים לתרופות אלה. יתר על כן, הפיתוח החדש צפוי להוביל לפיתוח תרופות שלא היו נוצרות בפרדיגמה הפרמקולוגית המסורתית."

דוגמאות לתרופות שהמערכת פיתחה. בין השאר פיתחה המערכת את התרופה איזוניאזיד, תרופה אנטיביוטית לשחפת ולצרעת שאושרה ב-1952 ונחשבת על ידי World Health Organization בתור תרופה מספר #1 לכל מדינה. המערכת פיתחה תרופה זו בהתבסס על מולקולת פירזינמיד שהתגלתה 16 שנה קודם לכן. מכאן ברור שהמערכת שפיתחו הראל וד"ר רדינסקי צפויה להאיץ באופן דרמטי את פיתוחן של תרופות חדשות.

דוגמאות לתרופות שהמערכת פיתחה. בין השאר פיתחה המערכת את התרופה איזוניאזיד, תרופה אנטיביוטית לשחפת ולצרעת שאושרה ב-1952 ונחשבת על ידי World Health Organization בתור תרופה מספר #1 לכל מדינה. המערכת פיתחה תרופה זו בהתבסס על מולקולת פירזינמיד שהתגלתה 16 שנה קודם לכן. מכאן ברור שהמערכת שפיתחו הראל וד"ר רדינסקי צפויה להאיץ באופן דרמטי את פיתוחן של תרופות חדשות.

לקישור למאמר שיוצג בכנס לחצו כאן

לסרטון הסבר על המחקר