Fujitsu e RIKEN sviluppano una tecnologia di scoperta di farmaci basata sull'intelligenza artificiale utilizzando l'intelligenza artificiale generativa per prevedere i cambiamenti strutturali nelle proteine

Fujitsu e RIKEN sviluppano una tecnologia di scoperta di farmaci basata sull'intelligenza artificiale utilizzando l'intelligenza artificiale generativa per prevedere i cambiamenti strutturali nelle proteine

Timestamp: 10 ottobre 2023 3:29
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TOKYO, 10 ottobre 2023 – (JCN Newswire) – Fujitsu Limited e la divisione della piattaforma di sviluppo farmaceutico basata su HPC e intelligenza artificiale del RIKEN Center for Computational Science hanno annunciato oggi di aver sviluppato una tecnologia di scoperta di farmaci basata sull'intelligenza artificiale in grado di prevedere i cambiamenti strutturali di proteine ​​da immagini al microscopio elettronico come mappa di densità 3D in un'ampia gamma utilizzando l'intelligenza artificiale generativa nel gennaio 2023. Le due parti prevedono inoltre di presentare un documento su questa tecnologia al MICCAI 2023, la principale conferenza internazionale nel campo dell'elaborazione delle immagini mediche, su 10 ottobre 2023 (ora del Giappone).

In concomitanza con questo annuncio, Fujitsu prevede inoltre di rendere disponibile la sua tecnologia di previsione dei cambiamenti strutturali delle proteine ​​il 10 ottobre 2023 come componente di innovazione dell'intelligenza artificiale del progetto Fujitsu Kozuchi (nome in codice) – Piattaforma AI Fujitsu, una piattaforma AI che consente agli utenti di testare rapidamente tecnologie avanzate.

Nell'ambito di un progetto di ricerca congiunto lanciato nel maggio 2022, Fujitsu e RIKEN hanno sviluppato una tecnologia di intelligenza artificiale generativa che stima accuratamente le varie forme di conformazione di una proteina bersaglio e le loro possibili proporzioni da un gran numero di immagini di proiezione acquisite mediante microscopia elettronica, nonché da una tecnologia che prevede i cambiamenti conformazionali nella proteina bersaglio dalle proporzioni stimate. Sulla base di queste due tecnologie, le due parti hanno sviluppato una tecnologia di scoperta farmaceutica basata sull'intelligenza artificiale in grado di prevedere i cambiamenti strutturali di una proteina in un ampio intervallo, con l'obiettivo di sviluppare una tecnologia IT di scoperta farmaceutica di prossima generazione che riduca significativamente i tempi e i costi di sviluppo del farmaco. scoperta.

La tecnologia consente l'acquisizione accurata delle conformazioni e dei cambiamenti delle proteine ​​sulla base dei dati sperimentali in un tempo dieci volte inferiore rispetto alle procedure convenzionali (1), consentendo così l'innovazione nel processo di progettazione di farmaci che si legano a proteine ​​bersaglio come batteri e virus.

Guardando al futuro, Fujitsu e RIKEN utilizzeranno la tecnologia di intelligenza artificiale generativa di recente sviluppo come una delle tecnologie principali per realizzare una tecnologia IT di scoperta farmaceutica di prossima generazione in grado di analizzare le complesse relazioni tra proteine ​​bersaglio e anticorpi e prevedere cambiamenti strutturali globali di molecole con elevata precisione e velocità.

sfondo

Le proteine ​​che sono strettamente coinvolte nei cicli vitali e nei meccanismi patologici degli organismi viventi sono naturalmente molto flessibili e interagiscono con altre molecole in vivo modificando la conformazione della loro struttura. Ad esempio, per sviluppare farmaci che sopprimono l’infezione da virus come COVID-19 che ne stimolano l’infezione con cambiamenti conformazionali sulle loro proteine ​​di superficie, è necessario accertare i vari stati conformazionali delle proteine ​​e come cambiano tra le conformazioni. Tuttavia, i metodi convenzionali di analisi strutturale richiedono un elevato livello di competenza e tentativi ed errori, richiedendo tempo e spese considerevoli per ottenere cambiamenti conformazionali accurati. Per risolvere questo problema, Fujitsu e RIKEN hanno sviluppato le seguenti due nuove tecnologie di scoperta di farmaci utilizzando l’intelligenza artificiale generativa.

Due tecnologie per la scoperta di farmaci

Fujitsu e RIKEN hanno sviluppato due nuove tecnologie per la scoperta di farmaci utilizzando il know-how maturato attraverso lo sviluppo della tecnologia di deep learning di Fujitsu e applicando la conoscenza della simulazione molecolare per la scoperta di farmaci di RIKEN utilizzando il supercomputer Fugaku (2). La combinazione delle due tecnologie ha ridotto il tempo per la previsione dei cambiamenti conformazionali in una proteina bersaglio da un giorno a due ore (3), contribuendo così ad accelerare e a rendere più efficiente il processo di scoperta dei farmaci per le aziende farmaceutiche. I dettagli di ciascuna tecnologia sono i seguenti:

1. Tecnologia di intelligenza artificiale generativa che stima accuratamente le varie forme di conformazione proteica e le loro proporzioni

La previsione accurata dei cambiamenti conformazionali di una proteina bersaglio in un ampio intervallo richiede le possibili forme della conformazione e le loro proporzioni accurate. In questo studio, Fujitsu e RIKEN hanno ricostruito una mappa di densità 3D di ciascuna conformazione da un gran numero di immagini di proiezione e degli angoli corrispondenti in un dato momento. Allo stesso tempo, le due parti hanno stimato come indizio la proporzione basata sulla frequenza della conformazione ricostruita.

2. Tecnologia per prevedere il cambiamento conformazionale basata su caratteristiche a bassa dimensionalità della conformazione proteica

Poiché la conformazione della proteina bersaglio è solitamente espressa da dati ad alta dimensione, è difficile prevedere direttamente i cambiamenti conformazionali. Tuttavia, nel processo di ricostruzione della conformazione mediante la tecnologia di intelligenza artificiale generativa del paragrafo precedente, Fujitsu e RIKEN hanno estratto una caratteristica a bassa dimensionalità della conformazione. Utilizzando la tecnologia AI generativa, Fujitsu e RIKEN hanno analizzato i dati a bassa dimensionalità e hanno previsto i cambiamenti conformazionali ripristinando le mappe di densità 3D.


Immagine: descrizione della tecnologia di recente sviluppo Il codificatore e il decodificatore vengono addestrati su immagini che sono state scattate in quantità sufficientemente grandi da un microscopio. Dopo l'addestramento è possibile ottenere una distribuzione analizzabile a bassa dimensionalità 1) nello spazio latente equivalente alla distribuzione strutturale 2), difficile da analizzare. Allo stesso tempo, il decoder può recuperare varie mappe di densità 3D corrispondenti a caratteristiche a bassa dimensionalità. Piani futuri

Guardando al futuro, Fujitsu e RIKEN sfrutteranno la nuova tecnologia di scoperta di farmaci basata sull'intelligenza artificiale come una delle tecnologie chiave per analizzare i complessi tra proteine ​​​​bersaglio e anticorpi e per prevedere i cambiamenti strutturali nelle molecole con elevata precisione e velocità. Per contribuire alla realizzazione della Società 5.0 nel campo della medicina, RIKEN sta promuovendo la costruzione di una piattaforma DX per la scoperta di farmaci sul supercomputer Fugaku, con l'obiettivo di innovare il processo di scoperta dei farmaci utilizzandolo come una delle nuove tecnologie per stimare i vari stati strutturali delle proteine ​​bersaglio. RIKEN sta inoltre promuovendo varie iniziative tra cui TRIP (4) mirava a creare piattaforme di ricerca innovative che generino efficacemente nuovi campi di conoscenza in tutti i campi di ricerca. Fujitsu prevede inoltre di iniziare a offrire la sua tecnologia di previsione dei cambiamenti strutturali delle proteine ​​il 10 ottobre 2023 come modulo componente principale dell'innovazione AI di Fujitsu Kozuchi (nome in codice) – Fujitsu AI Platform. Sotto Fujitsu Uvance, che mira a realizzare un mondo sostenibile, Fujitsu sta promuovendo Vivere sano, che massimizza l'esperienza di vita di ognuno. Fujitsu continuerà a contribuire alla risoluzione dei problemi sociali in campo medico sviluppando tecnologie che uniscono i suoi punti di forza nell'intelligenza artificiale e nell'HPC.

(1) Procedura convenzionale:Questo si riferisce alla procedura per costruire una sequenza di cambiamento conformazionale di una proteina bersaglio come descritto nell'articolo [Kinman et al. (2023)]. In questa procedura, la sequenza viene costruita utilizzando l'intelligenza artificiale generativa esistente, cryoDRGN, che è stata addestrata da un gran numero di immagini di proiezione della proteina bersaglio.
(2) Supercomputer Fugaku:Un computer installato su RIKEN come successore del computer K. Da giugno 2020 a novembre 2021 si è classificato al primo posto in 4 categorie nella classifica dei supercomputer per 4 mandati consecutivi. La piena operatività è iniziata il 9 marzo 2021.
(3) Ridurre il tempo con la previsione di un cambiamento conformazionale in una proteina bersaglio da un giorno a due ore:L'effetto dell'applicazione comunemente usata dati ribosomiali a queste due tecnologie. Il tempo di riferimento, un giorno, si riferisce al tempo di esecuzione descritto nel documento [Kinman et al. (2023)].
(4) VIAGGIO :Piattaforma di innovazione e ricerca trasformativa delle piattaforme RIKEN

A proposito di Fujitsu

Lo scopo di Fujitsu è rendere il mondo più sostenibile creando fiducia nella società attraverso l'innovazione. In qualità di partner per la trasformazione digitale preferito dai clienti in oltre 100 paesi, i nostri 124,000 dipendenti lavorano per risolvere alcune delle più grandi sfide che l'umanità deve affrontare. La nostra gamma di servizi e soluzioni si basa su cinque tecnologie chiave: informatica, reti, intelligenza artificiale, dati e sicurezza e tecnologie convergenti, che riuniamo per realizzare la trasformazione della sostenibilità. Fujitsu Limited (TSE:6702) ha registrato un fatturato consolidato di 3.7 trilioni di yen (28 miliardi di dollari USA) per l'anno fiscale conclusosi il 31 marzo 2023 e rimane la prima società di servizi digitali in Giappone per quota di mercato. Scopri di più: www.fujitsu.com.

Informazioni su RIKEN Center for Computational Science

RIKEN è il più grande istituto di ricerca completo del Giappone rinomato per la ricerca di alta qualità in una vasta gamma di discipline scientifiche. Fondata nel 1917 come fondazione di ricerca privata a Tokyo, RIKEN è cresciuta rapidamente in termini di dimensioni e portata, includendo oggi una rete di centri e istituti di ricerca di livello mondiale in tutto il Giappone, incluso il RIKEN Center for Computational Science (R-CCS), la casa di il supercomputer Fugaku. In qualità di centro di leadership del computing ad alte prestazioni, R-CCS esplora la "scienza dell'informatica, dall'informatica e per l'informatica". I risultati dell'esplorazione - le tecnologie come il software open source - sono la sua competenza principale. L'R-CCS si impegna a migliorare la competenza principale e a promuovere le tecnologie in tutto il mondo.

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