AI: Chìa khóa mới trong việc kích hoạt hệ miễn dịch chống lại ung thư

MATCHMAKERS là một dự án nghiên cứu quốc tế lớn, được tài trợ bởi các tổ chức hàng đầu về nghiên cứu ung thư, bao gồm Cancer Research UK (Anh), Viện Ung thư quốc gia Mỹ, Quỹ Mark, thông qua chương trình tài trợ Cancer Grand Challenges. Với khoản tài trợ lên tới 25 triệu USD, mục tiêu của MATCHMAKERS là cải thiện hiệu quả của liệu pháp miễn dịch trong điều trị ung thư, thông qua việc áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để giúp hệ miễn dịch nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư.

Một nhóm tế bào T sát thủ (màu xanh lá cây và đỏ) bao quanh một tế bào ung thư (màu xanh lam, ở giữa) - Ảnh: Viện Y tế quốc gia Mỹ

“Ổ khóa” và “chìa khóa” trong hệ miễn dịch

Hệ miễn dịch của con người hoạt động thông qua cơ chế nhận diện và tiêu diệt các yếu tố lạ, chẳng hạn như tế bào nhiễm vi rút hoặc tế bào ung thư. Tế bào T, một thành phần quan trọng của hệ miễn dịch, có các thụ thể tế bào T trên bề mặt. Các thụ thể này hoạt động như những “chìa khóa” để nhận diện các “ổ khóa” - hay còn gọi là kháng nguyên - trên bề mặt tế bào ung thư. Nếu tế bào T phát hiện một kháng nguyên lạ, nó sẽ kích hoạt hệ miễn dịch tấn công và tiêu diệt tế bào này.

Tuy nhiên, tế bào ung thư có khả năng ẩn giấu hoặc vô hiệu hóa các kháng nguyên của mình để tránh bị phát hiện, khiến hệ miễn dịch không thể dễ dàng nhận diện và tiêu diệt chúng. MATCHMAKERS đang nghiên cứu cách khai thác AI để giúp tế bào T nhận diện các kháng nguyên trên tế bào ung thư một cách hiệu quả hơn, tăng cường khả năng tự vệ của hệ miễn dịch.

AI sẽ đóng vai trò như một công cụ “ghép đôi” tế bào T với các kháng nguyên ung thư phù hợp. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu tại MATCHMAKERS cần đào tạo các mô hình AI để dự đoán kháng nguyên mà mỗi thụ thể tế bào T có thể liên kết. Quy trình đào tạo AI đòi hỏi một lượng dữ liệu lớn về các loại thụ thể tế bào T và kháng nguyên tế bào ung thư khác nhau. Với dữ liệu phong phú và quá trình phân tích sâu, AI có thể xác định những thụ thể tế bào T nào có khả năng nhận diện và tiêu diệt các kháng nguyên ung thư cụ thể, mở ra tiềm năng cho các liệu pháp miễn dịch cá nhân hóa.

Nỗ lực cá nhân hóa liệu pháp miễn dịch

Các kỹ thuật giải trình tự DNA và công nghệ hình ảnh mới đã giúp tăng cường việc thu thập dữ liệu và phân tích cấu trúc 3D của các thụ thể tế bào T và các kháng nguyên. Dựa trên dữ liệu này, MATCHMAKERS đào tạo AI để phân tích và dự đoán những thụ thể tế bào T nào phù hợp nhất với từng loại kháng nguyên ung thư, từ đó có thể tùy chỉnh liệu pháp miễn dịch cho từng bệnh nhân.

Một ứng dụng tiềm năng của AI trong lĩnh vực này là thiết kế vắc xin cá nhân hóa, hướng dẫn hệ miễn dịch của bệnh nhân tập trung vào các mục tiêu cụ thể trên khối u của họ. Ngoài ra, nếu tế bào T của bệnh nhân không có thụ thể phù hợp để nhận diện khối u, AI có thể hỗ trợ thiết kế các thụ thể mới, giúp lập trình lại tế bào T và tạo ra liệu pháp tế bào cá nhân hóa.

Việc sử dụng AI trong điều trị ung thư là một bước tiến vượt bậc trong y học, nhưng cũng đi kèm nhiều thách thức. Các mô hình AI cần được đào tạo trên một lượng lớn dữ liệu đa dạng để đạt được độ chính xác cao. Ngoài ra, quá trình phân tích và xác định các tương tác giữa thụ thể tế bào T và kháng nguyên tế bào ung thư vẫn rất phức tạp và đòi hỏi công nghệ tiên tiến.

MATCHMAKERS là một ví dụ nổi bật về nỗ lực áp dụng AI vào lĩnh vực y học, với tiềm năng phát triển liệu pháp miễn dịch cá nhân hóa, giúp tăng cường khả năng tự vệ của hệ miễn dịch trước ung thư. Dự án không chỉ giúp xác định các tế bào T phù hợp mà còn mở ra cơ hội tạo ra các phương pháp điều trị tùy chỉnh cho từng bệnh nhân, giúp họ có cơ hội sống sót cao hơn trong cuộc chiến chống ung thư.

Nỗ lực của MATCHMAKERS cho thấy AI có thể đóng vai trò thiết yếu trong việc cá nhân hóa điều trị ung thư và nâng cao hiệu quả của liệu pháp miễn dịch. Khả năng tìm đúng “chìa khóa” cho từng “ổ khóa” ung thư sẽ không chỉ cải thiện khả năng chống ung thư của hệ miễn dịch mà còn mở ra kỷ nguyên mới trong điều trị các bệnh lý phức tạp khác.

Nếu thành công, các mô hình AI như của MATCHMAKERS có thể trở thành nền tảng cho những thử nghiệm lâm sàng, dẫn đến sự phát triển của các loại vắc xin và liệu pháp miễn dịch đặc biệt hiệu quả, mang lại hy vọng mới cho bệnh nhân ung thư trên toàn thế giới.

Hoàng Vũ