Chế tạo 'viên thuốc thông minh' giúp phát hiện vị trí bệnh trong cơ thể nhờ trí tuệ nhân tạo AI

Sự gia tăng quan tâm gần đây đến việc sử dụng các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) để nhắm mục tiêu nghiên cứu, khám phá và phát triển thuốc không có gì ngạc nhiên khi nó được triển khai rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau.

Việc sử dụng AI để phân tích hiệu quả một lượng lớn dữ liệu và xác định các mẫu liên quan, không dễ bị phát hiện bởi con người có thể giúp thiết kế các phân tử nhỏ với các đặc tính mong muốn, và do đó giúp vượt qua nút thắt chính trong việc đưa thuốc mới vào phòng khám.

Công nghệ này có tiềm năng làm cho quá trình khám phá thuốc nhanh hơn, tiết kiệm nhiều năm nghiên cứu, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn, nhắm mục tiêu tốt hơn và cụ thể hơn, đưa việc sàng lọc tính toán thuốc lên cấp độ tiếp theo. AI mang đến hy vọng đưa các loại thuốc mới, có thể được cá nhân hóa, nhanh hơn nhiều ra thị trường và có khả năng ở mức giá phải chăng hơn.

Lĩnh vực này dựa trên các xu hướng công nghệ mới nổi như: Trí tuệ nhân tạo, khớp thần kinh/ não nhân tạo, phòng thí nghiệm trên chip (Lab-on-a-chip), tin sinh học, chỉnh sửa gen, kiểm soát biểu hiện gen, phân phối thuốc, công nghệ thay đổi biểu sinh, microbiome, nhắm mục tiêu các con đường chết của tế bào.

Cụ thể, mới đây theo nghiên cứu được thực hiện bởi phòng thí nghiệm Khan Lab thuộc Trường Kỹ thuật Viterbi - Đại học Nam California (USC) Mỹ, đứng đầu bởi phó giáo sư Yasser Khan, công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science. Trong đó, viên thuốc thông minh được đánh giá mang tính đột phá nhờ khả năng tìm đến đúng vị trí và phát hiện bệnh sớm.

Nhóm của ông Khan cùng Viện Đổi mới Hệ thống Y tế và Công nghệ (ITEMS) tại Trung tâm Khoa học Sinh học Hội tụ Michelson thuộc USC đã đặt một cuộn dây có thể đeo được để tạo từ trường trên áo phông. Cùng lúc, một viên nang chứa cảm biến sẽ đi vào bên trong cơ thể. Nhiệm vụ của cuộn dây là xác định vị trí viên thuốc.

Với viên nang, nhóm sẽ đưa vào các cảm biến sinh học cực nhỏ để theo dõi từng loại bệnh được xác định từ đầu. Bên ngoài được bọc "màng cảm biến quang học chọn lọc các loại khí" - lớp màng với cấu tạo chứa vật liệu có các electron thay đổi hành vi khi khí amoniac xuất hiện.

Bên trong cơ thể, khí amoniac là một thành phần được tạo ra từ vi khuẩn đường ruột H pylori. Khi nồng độ khí tăng cao, đó có thể là tín hiệu loét dạ dày, ung thư dạ dày hoặc hội chứng ruột kích thích. "Loại khí này được xem như là 'đại diện' của đường ruột và có thể được sử dụng như cơ chế phát hiện bệnh sớm", ông Khan giải thích.

Với chất liệu cảm biến, nhóm thử nghiệm khả năng bị ăn mòn trong môi trường ruột, ban đầu mô phỏng với chất lỏng và trong ruột bò. Do có cuộn cảm giúp bác sĩ có thể xác định chính xác vị trí nơi bị bệnh. Dữ liệu thu được sẽ chuyển đến máy tính, AI phân tích trước khi đưa ra chẩn đoán cuối cùng.

"Nó giống như hệ thống GPS trong cơ thể người", theo ông Khan. "Cảm biến sinh học có thể tiêu hóa, kết hợp cuộn cảm vừa nhỏ gọn, mang đến một hướng đi rõ ràng cho việc khám chữa bệnh".

Tuy vậy, viên thuốc chưa được thí nghiệm trên cơ thể người. Ngoài việc phát hiện sớm vết loét, viêm và ung thư dạ dày, nhóm cho biết thiết bị này còn hướng đến khả năng theo dõi sức khỏe não bộ. "Đây sẽ là phương pháp không xâm lấn trong việc phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer", ông Khan nói thêm.

Trước đó vào năm 2019, lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học Australia đã tạo ra một vaccine cúm hoàn toàn mới nhờ công nghệ AI. Các nhà khoa học tại Đại học Flinders ở Australia đã nghiên cứu loại vaccine cúm mới với khả năng tăng cường miễn dịch cho con người bằng cách tạo ra nhiều kháng thể chống lại virus cúm hơn so với vaccine thông thường. Nhờ vậy, vaccine này đem lại kết quả điều trị hữu hiệu hơn.

Năm 2020 một phân tử thuốc được trí tuệ nhân tạo (AI) 'phát minh' ra sẽ được sử dụng trong các thử nghiệm ở người trong thời gian tới đây, đem lại hi vọng lớn lao về những tiến bộ công nghệ y học mới. "Thuốc" này là sản phẩm từ sự phối hợp của công ty khởi nghiệp Exscientia (Anh) và công ty dược phẩm Nhật Bản Sumitomo Dainippon Pharma và sẽ được sử dụng để điều trị cho những bệnh nhân mắc chứng rối loạn ám ảnh cưỡng chế (OCD).

Theo đài BBC, phân tử thuốc này được gọi là DSP-1181, tạo ra bằng cách sử dụng các thuật toán sàng lọc thông qua các hợp chất tiềm năng, kiểm tra chúng dựa trên cơ sở dữ liệu khổng lồ về các tham số. Thông thường, việc phát triển một loại thuốc mất khoảng 5 năm để đưa vào thử nghiệm, nhưng thuốc do AI tạo ra chỉ mất 12 tháng. DSP-1181 sẽ bước vào thử nghiệm giai đoạn một tại Nhật Bản trên bệnh nhân mắc rối loạn ám ảnh cưỡng chế. Nếu thành công sẽ được theo dõi bằng các thử nghiệm mang tính toàn cầu.

 An Dương (T/h)