Dies ist der vierte Beitrag einer sechsteiligen Serie über die Veränderungen, die KI in der medizinischen Forschung und Behandlung bewirkt.
Ein neuer Weg zur Wirkstoffentwicklung
In einem Videogespräch hält Alex Zhavoronkov eine kleine, grüne, diamantförmige Pille in die Kamera.
Diese Pille wurde von seinem Unternehmen entwickelt, um eine seltene, fortschreitende Lungenerkrankung zu behandeln, für die es weder Ursache noch Heilung gibt.
Das neue Medikament ist noch nicht zugelassen, hat aber in kleinen klinischen Studien vielversprechende Ergebnisse bei der Behandlung von idiopathischer Lungenfibrose (IPF) gezeigt.
Es gehört zu einer neuen Generation von Medikamenten, bei deren Entdeckung künstliche Intelligenz (KI) eine zentrale Rolle gespielt hat.
„Wir können noch nicht sagen, dass wir das erste von KI entdeckte und entwickelte Molekül zugelassen haben“, sagt Dr. Zhavoronkov, Mitbegründer und CEO des US-Start-ups Insilico Medicine.
„Aber wir sind vermutlich am weitesten auf diesem Weg.“
Die große KI-Arzneimittel-Rallye hat begonnen: Viele Unternehmen setzen KI ein, um Aufgaben zu bewältigen, die traditionell von medizinischen Chemikern ausgeführt werden.
Dazu gehören kleinere, spezialisierte Biotech-Firmen, die in den letzten zehn Jahren entstanden sind, sowie größere Pharmaunternehmen, die entweder selbst forschen oder mit kleineren Firmen zusammenarbeiten.
Zu den neuen Akteuren gehört Alphabet, die Muttergesellschaft von Google. Sie gründete 2021 das britische Unternehmen Isomorphic Labs zur KI-gestützten Arzneimittelentwicklung.
Der CEO, Demis Hassabis, erhielt in diesem Jahr den Chemie-Nobelpreis für ein KI-Modell, das für die Medikamentenentwicklung nützlich sein könnte.
Wie KI den Entdeckungsprozess verändert
Laut Chris Meier von der Boston Consulting Group (BCG) könnte der Einsatz von KI bei der Medikamentenentwicklung einen „enormen Unterschied“ für Patienten machen.
Ein neues Medikament auf den Markt zu bringen dauert durchschnittlich 10 bis 15 Jahre und kostet mehr als 2 Milliarden US-Dollar.
Der Prozess ist riskant: Etwa 90 % der Medikamente scheitern in klinischen Studien. Die Hoffnung ist, dass KI die Zeit und Kosten des Entdeckungsprozesses reduziert und die Erfolgsquote erhöht.
„Eine neue Ära beginnt, in der KI im Zentrum des Entdeckungsprozesses steht“, sagt Charlotte Deane, Professorin für strukturelle Bioinformatik an der Universität Oxford. Sie entwickelt frei zugängliche KI-Tools, um Pharmaunternehmen und anderen bei der Wirkstoffentwicklung zu helfen.
„Wir stehen am Anfang dessen, wie gut das werden könnte“, erklärt sie.
Experten gehen nicht davon aus, dass dies weniger pharmazeutische Wissenschaftler bedeutet. Der wahre Gewinn liegt darin, die Anzahl der Fehlschläge zu verringern. KI wird eher Partner als Ersatz sein.
Eine Analyse von BCG zeigt, dass mindestens 75 „KI-entdeckte Moleküle“ in klinische Studien eingetreten sind. Viele weitere werden erwartet.
„Dass sie routinemäßig klinische Studien erreichen, ist ein wichtiger Meilenstein“, sagt Dr. Meier. Der nächste, noch größere Meilenstein ist, wenn sie die Studien erfolgreich abschließen.
Die Rolle von KI in der Molekülforschung
Dr. Meier erklärt zwei Hauptschritte, bei denen KI besonders intensiv eingesetzt wird. Der erste ist die Identifikation des molekularen Therapieziels, das das Medikament korrigieren soll, wie z. B. ein bestimmtes Gen oder Protein.
Während Wissenschaftler potenzielle Ziele traditionell experimentell im Labor testen, kann KI große Datenbanken durchsuchen und Verbindungen zwischen molekularer Biologie und Krankheit herstellen.
Der zweite, häufigere Schritt ist das Design des Medikaments zur Korrektur des Ziels.
Dabei wird generative KI verwendet, wie sie auch die Grundlage von ChatGPT bildet. Sie stellt Moleküle vor, die am Ziel binden und funktionieren könnten, und ersetzt den teuren manuellen Prozess, bei dem Chemiker Hunderte von Molekülvarianten synthetisieren.
Insilico Medicine, 2014 gegründet und mit mehr als 425 Millionen Dollar finanziert, nutzt KI für beide Schritte sowie zur Vorhersage des Erfolgs von klinischen Studien. Diese Erkenntnisse fließen in die Wirkstoffentwicklung ein.
Das Unternehmen hat sechs Moleküle in klinischen Studien, darunter eines zur Behandlung von IPF. Weitere vier Moleküle sind für Studien freigegeben, und fast 30 weitere zeigen vielversprechende Ergebnisse.
Alle wurden „von Grund auf mit generativer KI entdeckt“, sagt Dr. Zhavoronkov.
„Unsere Maschinen „träumen“, bis sie ein perfektes Medikament entwickeln, das alle Kriterien erfüllt.“
Die Entdeckung des Moleküls für IPF erfolgte durch die generative KI-Software des Unternehmens. Diese hatte die Aufgabe, ein Protein namens TNIK zu hemmen, das vorher nie für die Behandlung von IPF ins Visier genommen wurde.
Die KI schlug mögliche Moleküle vor, die dann synthetisiert und getestet wurden. Der Prozess war schneller und schlanker als üblich, sagt Dr. Zhavoronkov.
Er dauerte 18 Monate und erforderte die Synthese von 79 Molekülen. Normalerweise würden etwa vier Jahre und mindestens 500 Moleküle erwartet.
Herausforderungen und Ausblick
Ein großes Problem ist der Mangel an Daten, aus denen KI lernen kann, sagen Experten. Dies betrifft sowohl die Zielidentifikation als auch das Moleküledesign und kann Vorurteile einführen.
US-basierte Recursion Pharmaceuticals versucht, dieses Problem durch automatisierte Experimente zu lösen.
Dabei generiert das Unternehmen riesige Datenmengen über alle Moleküle des menschlichen Körpers. Diese Daten werden genutzt, um KI-Tools zu trainieren, unerwartete Zusammenhänge zu finden.
Dafür installierte Recursion 2022 den nach eigenen Angaben schnellsten Supercomputer, der von einem Pharmaunternehmen betrieben wird.
Ein von Recursion entwickeltes Molekül zur Behandlung von Lymphomen und soliden Tumoren wird derzeit in klinischen Studien an Krebspatienten getestet. Es wurde durch die KI entdeckt, die einen neuen Weg fand, ein entscheidendes Gen zu beeinflussen.
Chris Gibson, Mitbegründer und CEO von Recursion, betont, dass der wahre Durchbruch darin liegt, dass KI-entdeckte Moleküle klinische Studien erfolgreich abschließen.
Wenn dies gelingt, sagt Dr. Gibson, „wird der Welt klar, dass dies der richtige Weg ist“.
