Cómo las larvas de pez cebra y la IA pueden revolucionar el descubrimiento de fármacos
HIPS y CISPA se unen para hacer más seguros los futuros principios activos
En el proyecto ImageTox, el Instituto Helmholtz de investigación farmacéutica del Sarre (HIPS) y el Centro Helmholtz de Seguridad de la Información (CISPA) aúnan sus conocimientos en los campos del descubrimiento de fármacos y la inteligencia artificial (IA). Utilizando métodos de aprendizaje automático de última generación, los dos institutos de Saarbrücken pretenden hacer más eficiente la investigación de los modos de acción de nuevos fármacos. El proyecto es una iniciativa del Centro Helmholtz de Investigación en Seguridad Médica, Privacidad e Inteligencia Artificial (HMSP). ImageTox está financiado con 200.000 euros de Helmholtz Imaging, una iniciativa para promover la investigación en imágenes.
Los investigadores del HIPS trabajan con larvas de pez cebra para detectar en una fase temprana los posibles efectos secundarios de los nuevos fármacos.
Dietze, HIPS
La búsqueda de nuevos antibióticos o virostáticos que mantengan a raya a los patógenos multirresistentes o combatan nuevos patógenos mueve a investigadores de todo el mundo. Si un principio activo parece prometedor, hay que probarlo antes de aprobar su uso en humanos y animales. Este proceso comienza en el tubo de ensayo, pero en algún momento la investigación en organismos vivos se hace inevitable para evitar efectos secundarios indeseables en humanos.
Las larvas de pez cebra podrían cambiar las reglas del juego en las pruebas de fármacos y toxicidad. "Lo especial de estas larvas es que ya desarrollan un sistema de órganos con riñones e hígado en las primeras 120 horas tras la fecundación. Por tanto, se puede comprobar mucho mejor en ellas si una sustancia activa puede ser degradada por el organismo o muestra efectos secundarios tóxicos que en simples modelos de cultivo celular", afirma la Dra. Jennifer Herrmann, jefa del equipo de biología del HIPS. El HIPS es una sede del Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones en colaboración con la Universidad del Sarre.
Debido a su buena comparabilidad con especies más desarrolladas, los experimentos con larvas pueden sustituir parcialmente a los experimentos con animales en el desarrollo preclínico temprano de fármacos. En el HIPS, las larvas ya se utilizan con éxito a pequeña escala en el descubrimiento de fármacos. Por ello, el equipo del pez cebra del instituto recibió el pasado verano el premio de investigación "Alternativas a los ensayos con animales", concedido por el Ministerio de Medio Ambiente del Sarre.
El problema: hasta ahora, el método sólo puede utilizarse para un número limitado de pruebas. Esto se debe a que cada larva debe ser examinada dos veces al día al microscopio por un investigador. Los cambios en el desarrollo de las larvas que se producen como consecuencia del tratamiento con fármacos candidatos suelen ser difíciles de detectar a simple vista. Si se producen cambios patológicos o influencias en el desarrollo de las larvas, el rápido desarrollo de éstas dificulta la determinación exacta del momento en que se produjeron. Además, el método requiere mucho tiempo, por lo que aún no es aplicable a gran escala.
Juntos, HIPS y CISPA quieren cambiar esta situación. "Desarrollaremos métodos de aprendizaje automático basados en imágenes que puedan predecir el desarrollo larvario en una fase muy temprana tras la prueba y detectar anomalías. Así, muchas series de pruebas pueden terminarse antes de tiempo, ahorrando tiempo y dinero. También nos permite alcanzar un alto grado de automatización de los experimentos. También sospechamos que estos algoritmos pueden incluso superar las capacidades humanas para analizar e interpretar datos de microscopía", explica el profesor del CISPA, el Dr. Mario Fritz.
Si los investigadores consiguen combinar el sistema modelo biológico de HIPS con los modernos métodos de aprendizaje automático del CISPA, su seguridad podría comprobarse de forma eficaz en una fase muy temprana del desarrollo de nuevos fármacos. El proyecto también ampliará los conocimientos adquiridos a trastornos del desarrollo más complejos, como la detección de ritmos cardíacos y arritmias, lo que permitirá una evaluación toxicológica exhaustiva de los candidatos a fármacos.
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