درمان مارگزیدگی با هوش مصنوعی؛ امیدی تازه برای ساکنین مناطق محروم

مطالعه‌ای بسیار مهم و پیشگامانه به رهبری دیوید بیکر (David Baker)، دانشمند برجسته و برنده جایزه نوبل، و تیموتی پاتریک جنکینز (Timothy Patrick Jenkins)، رویکردی نوین را در درمان مارگزیدگی معرفی می‌کند. این مطالعه، پروتئین‌های نوآورانه‌ای را که توسط رایانه طراحی شده‌اند، معرفی می‌کند که قادرند سموم کشنده زهر مار را خنثی کنند. این یافته، پتانسیل زیادی برای توسعه درمان‌های ایمن‌تر، مؤثرتر و با هزینه کمتر برای مارگزیدگی در سراسر جهان، به ویژه در مناطق محروم و کم‌برخوردار، ارائه می‌دهد. این کشف، نه تنها برای نجات جان انسان‌ها، بلکه برای کاهش عوارض جانبی و هزینه‌های درمان نیز بسیار حائز اهمیت است. با ما در دیجی رو همراه باشید.

پیشرفتی بزرگ در درمان مارگزیدگی؛ تغییر قواعد بازی

مطالعه‌ای که در تاریخ 15 ژانویه در مجله معتبر علمی Nature منتشر شد، توسط برنده جایزه نوبل شیمی امسال، دیوید بیکر، انجام شده و به طور بالقوه می‌تواند روش‌های درمان مارگزیدگی را متحول کند. دانشمندان در این مطالعه، پروتئین‌های جدیدی را طراحی کرده‌اند که قادر به خنثی کردن سموم خطرناک موجود در زهر مار هستند. این پروتئین‌ها، جایگزینی امیدوار کننده، ایمن‌تر و مؤثرتر برای پادزهرهای سنتی محسوب می‌شوند.

مشکل جهانی مارگزیدگی و آمارهای تکان دهنده

سازمان بهداشت جهانی (WHO) گزارش می‌دهد که سالانه بین 1.8 تا 2.7 میلیون نفر در سراسر جهان توسط مارهای سمی گزیده می‌شوند. این آمار وحشتناک، منجر به مرگ حدود 100 هزار نفر در هر سال می‌شود. علاوه بر این، سه برابر این تعداد، یعنی حدود 300 هزار نفر، دچار معلولیت‌های دائمی مانند قطع عضو می‌شوند. این آمار نشان می‌دهد که مارگزیدگی، یک مشکل جدی بهداشتی در سطح جهانی است.

بیشتر موارد مارگزیدگی در مناطق محروم و کم‌برخوردار در آفریقا، آسیا و آمریکای لاتین رخ می‌دهد. در این مناطق، دسترسی به امکانات پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی محدود است و همین مسئله، مشکل مارگزیدگی را دوچندان می‌کند.

مشکلات پادزهرهای سنتی: هزینه‌های بالا و عوارض جانبی

در حال حاضر، تنها روش درمانی موجود برای مارگزیدگی، استفاده از پادزهر است. این پادزهرها از پلاسمای خون حیوانات (مانند اسب) تهیه می‌شوند. اما این روش، با مشکلاتی همراه است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• هزینه بالا: تولید و تهیه پادزهر، فرآیندی پرهزینه است و این موضوع، دسترسی به آن را برای بسیاری از افراد، به ویژه در مناطق فقیرنشین، دشوار می‌کند.
• اثربخشی محدود: سم هر گونه مار، ترکیبات خاص خود را دارد. به همین دلیل، پادزهری که برای یک گونه مار مؤثر است، ممکن است برای گونه دیگر کارایی نداشته باشد. این موضوع، نیاز به تولید پادزهرهای مختلف برای گونه‌های مختلف مار را ضروری می‌کند.
• عوارض جانبی: استفاده از پادزهرهای سنتی، می‌تواند عوارض جانبی ناخوشایندی مانند واکنش‌های آلرژیک و مشکلات دیگر را به همراه داشته باشد.

با این حال، در سال‌های اخیر، دانشمندان با مطالعه بیشتر در مورد سموم مارها، به درک بهتری از نحوه عملکرد آن‌ها رسیده‌اند و به دنبال راه‌های جدیدی برای مقابله با اثرات آن‌ها هستند. مطالعه منتشر شده در مجله Nature، یکی از این پیشرفت‌های مهم است.

توسعه پادزهرهای انقلابی با استفاده از هوش مصنوعی

تیمی از دانشمندان به رهبری دیوید بیکر، برنده جایزه نوبل شیمی 2024 از دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، و تیموتی پاتریک جنکینز از دانشگاه فنی دانمارک (DTU)، از ابزارهای یادگیری عمیق (نوعی از هوش مصنوعی) برای طراحی پروتئین‌های جدید استفاده کردند. این پروتئین‌ها، به طور خاص برای اتصال به سموم مارهای کبری و خنثی کردن آن‌ها طراحی شده‌اند.

این مطالعه، بر روی دسته‌ای از پروتئین‌های سمی مار به نام “سموم سه انگشتی” (Three-finger toxins) تمرکز دارد که این سموم، اغلب دلیل اصلی عدم موفقیت پادزهرهای سنتی مبتنی بر حیوانات هستند. سموم سه انگشتی گروهی از پروتئین‌های سمی کوچک هستند که در زهر مارها یافت می‌شوند. این سموم به دلیل ساختار سه‌بعدی خاصشان که شبیه به یک دست با سه انگشت به نظر می‌رسد، به این نام شناخته شده‌اند.

اگر چه این روش هنوز نمی‌تواند در برابر زهر کامل مار (که ترکیبی پیچیده از سموم مختلف است و برای هر گونه مار متفاوت می‌باشد) محافظت کامل ایجاد کند، اما مولکول‌های تولید شده توسط هوش مصنوعی، محافظت کامل در برابر دوزهای کشنده سموم سه انگشتی در موش‌ها را فراهم کردند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که بسته به دوز دقیق سم و نوع پروتئین طراحی شده، نرخ بقای موش‌ها بین 80 تا 100 درصد بوده است.

این سموم سه انگشتی، تمایل زیادی به فرار از سیستم ایمنی بدن دارند و به همین دلیل، درمان‌های مبتنی بر پلاسما (پادزهرهای سنتی) در برابر آن‌ها بی‌اثر هستند. این تحقیق نشان می‌دهد که طراحی پروتئین با استفاده از هوش مصنوعی، می‌تواند برای خنثی کردن پروتئین‌های مضری که مقابله با آن‌ها دشوار بوده، بسیار مؤثر باشد.

نظرات دانشمندان در مورد یافته‌های جدید

سوزانا وازکز تورس (Susana Vazquez Torres)، نویسنده اصلی این مطالعه و محقق در آزمایشگاه بیکر در مؤسسه طراحی پروتئین در UW Medicine، می‌گوید:

من معتقدم که طراحی پروتئین، به دسترسی بیشتر مردم در کشورهای در حال توسعه به درمان‌های مارگزیدگی کمک خواهد کرد.

دیوید بیکر نیز می‌گوید:

پادزهرهایی که ما ایجاد کرده‌ایم، با استفاده از روش‌های محاسباتی به راحتی قابل کشف هستند. تولید آن‌ها نیز ارزان است و در تست‌های آزمایشگاهی، عملکرد بسیار خوبی دارند.

دانشمندان بر این باورند که ایجاد پروتئین‌هایی که به سموم مار می‌چسبند و آن‌ها را غیرفعال می‌کنند، می‌تواند مزایای زیادی نسبت به درمان‌های سنتی داشته باشد. این پادزهرهای جدید، می‌توانند با استفاده از میکروب‌ها تولید شوند که این امر، نیاز به استفاده از حیوانات برای تولید پادزهر را از بین می‌برد و به طور بالقوه، هزینه‌های تولید را به شدت کاهش می‌دهد.

تیموتی پاتریک جنکینز، دانشیار DTU Bioengineering، در این مورد توضیح می‌دهد:

مهم‌ترین نتیجه، محافظت چشمگیری است که این پروتئین‌ها در برابر سم عصبی در موش‌ها ایجاد کردند. یکی دیگر از مزایای این پروتئین‌های طراحی شده، اندازه کوچک آن‌ها است. این اندازه کوچک، باعث می‌شود که آن‌ها بهتر به بافت‌ها نفوذ کنند و به طور بالقوه، سموم را سریع‌تر از آنتی‌بادی‌های فعلی خنثی کنند. همچنین، از آنجایی که این پروتئین‌ها به طور کامل با استفاده از نرم‌افزار هوش مصنوعی روی رایانه طراحی شده‌اند، زمان صرف شده در مرحله کشف و توسعه آن‌ها به شدت کاهش یافته است.

نگاهی به آینده و کاربردهای گسترده‌تر

اگر چه این نتایج بسیار دلگرم کننده هستند، اما دانشمندان تأکید می‌کنند که پادزهرهای سنتی، همچنان برای سال‌های متمادی پیش رو، روش اصلی درمان مارگزیدگی خواهند بود. در واقع، تا زمانی که درمان‌های مستقل نسل بعدی تأیید و به طور کامل جایگزین روش‌های سنتی شوند، پادزهرهای جدید طراحی شده توسط رایانه، می‌توانند به عنوان مکمل یا عوامل تقویت کننده برای بهبود اثربخشی درمان‌های موجود استفاده شوند.

به گفته دانشمندان، روش توسعه دارویی که در این مطالعه شرح داده شده، می‌تواند برای درمان بسیاری از بیماری‌های دیگر که در حال حاضر درمان مؤثری ندارند، مانند برخی از عفونت‌های ویروسی، مفید باشد. از آنجایی که طراحی پروتئین به طور کلی به منابع کمتری نسبت به روش‌های سنتی کشف دارو در آزمایشگاه نیاز دارد، این پتانسیل وجود دارد که با استفاده از این رویکرد، داروهای جدید و ارزان‌تری برای بیماری‌های شایع‌تر تولید شود.

بیکر در پایان می‌گوید:

ما نیازی به انجام آزمایش‌های متعدد در آزمایشگاه برای یافتن پادزهرهایی با عملکرد خوب نداشتیم. نرم‌افزار طراحی پروتئین اکنون آنقدر پیشرفت کرده که فقط نیاز به آزمایش چند مولکول داشتیم. فراتر از درمان مارگزیدگی، طراحی پروتئین به ساده‌سازی فرآیند کشف دارو، به ویژه در محیط‌هایی با منابع محدود، کمک خواهد کرد. با کاهش هزینه‌ها و نیاز به منابع برای تولید داروهای جدید و مؤثر، ما گام‌های مهمی به سوی آینده‌ای برمی‌داریم که در آن همه افراد بتوانند به درمان‌های مورد نیاز خود دسترسی پیدا کنند.