Er zijn meer mogelijke kandidaat-moleculen voor geneesmiddelen dan er sterren in het universum zijn. De vraag is hoe je die moleculen ooit efficiënt kunt identificeren. Hoogleraar AI en medicinale chemie Gerard van Westen heeft daar zo zijn ideeën over. “Ik ga kunstmatige intelligentie inzetten als copiloot om geautomatiseerd op zoek te gaan”, aldus de Van Westen die daarover op 26 mei een oratie gaf.
Het duurt doorgaans zo'n vijftien jaar en kost meer dan een miljard euro om een werkend medicijn te ontwikkelen. Van Westen legt uit: "In het laboratorium vind je of creëer je kandidaat-medicijnen. Deze worden eerst getest in vitro, vervolgens in diermodellen en uiteindelijk in menselijke proeven." Vaak valt een molecuul dan af.
Na het selecteren van een potentieel werkend medicijn uit alle tests, moeten er nog vele factoren in overweging worden genomen, zoals stabiliteit, veiligheid, oplosbaarheid en schaalbaarheid van productie. Van Westen benadrukt: "De complexiteit van al deze aspecten is bijna niet te bevatten voor de menselijke geest. Een uitstekend voorbeeld hiervan is het terugtrekken van de ontstekingsremmer Vioxx, een ibuprofen-achtig middel. Het bleek hartritmestoornissen als bijwerking te hebben door het blokkeren van het hERG-kanaal in het hart. Sindsdien moet het effect op dat kanaal bij elk kandidaat-medicijn worden onderzocht."
Nieuwe medicijnen
Bij elke stap op weg naar de ontwikkeling van een nieuw medicijn kan kunstmatige intelligentie de menselijke geest ondersteunen. Dit begint al bij het selecteren van welk molecuul uit het immense chemische universum je wilt synthetiseren en testen in het laboratorium. Van Westen legt uit: "Onze mogelijkheden worden beperkt door tijd en geld, maar we kunnen de zoektocht door dat universum enigszins afbakenen met behulp van de tools die ik ontwikkel, zoals een ideeëngenerator die bijvoorbeeld 10.000 ideeën voorstelt, gecombineerd met spamfilters die de minder goede ideeën elimineren. Op die manier blijven er zo'n tiental moleculen over die het gemakkelijkst te synthetiseren zijn in het lab en de grootste kans hebben om succesvolle medicijnen te worden."
Vergelijking medicijnen en F-16
Van Westen gebruikte vaak de F-16 straaljager ter illustratie van zijn ideaal tijdens presentaties. Dit vliegtuig is volledig ontworpen met behulp van computers. Toen het voor het eerst op de startbaan werd geplaatst, wisten de ontwerpers dat het zou kunnen opstijgen. Ze wisten echter niet hoe snel het kon vliegen en hoe scherp het kon draaien. “Bij medicijnen is het eigenlijk het tegenovergestelde. Veel van de medicijnen die we in ons lab-onderzoek ontwikkelen, halen de gewenste resultaten niet. We begrijpen ons organisme nog niet zo goed als de principes van aerodynamica." Daarom is het ontwikkelen van kandidaat-medicijnen nog niet zo efficiënt als het ontwerpen van een F-16.
Digitale patiënt
Van Westen maakt deel uit van een consortium dat gefinancierd wordt door de Nationale Wetenschapsagenda en werkt aan het Virtual Human 4 safety-project, met als doel het realiseren van het F16-ideaal. Het zou volgens hem fantastisch zijn om uiteindelijk een digitale patiënt te kunnen creëren voor het veilig testen van geneesmiddelen, zonder dat daar proefdieren voor nodig zijn. Dit kan volgens hem mogelijk worden gemaakt door het gebruik van algoritmen die zijn getraind op alle beschikbare kennis over moleculen en hun interacties met eiwitten in het menselijk lichaam.
Virtuele mens
Kunstmatige intelligentie krijgt de laatste tijd ook veel negatieve aandacht. Bestaat het risico dat zo'n virtuele mens uiteindelijk de controle overneemt? Van Westen maakt zich hier geen zorgen over. "Kunstmatige intelligentie zal wetenschappers niet vervangen, maar wetenschappers die gebruikmaken van kunstmatige intelligentie zullen degenen vervangen die dat niet doen." Dankzij AI kunnen er de komende decennia doorbraken verwacht worden op tal van medische gebieden. Denk bijvoorbeeld aan het vinden van een medicijn tegen Alzheimer, het sneller detecteren van tumoren en het voorspellen van individuele reacties op medicatie. AI biedt mogelijkheden voor baanbrekende ontwikkelingen in diverse medische toepassingen.
