واکسن «فراآنتی‌ژن» طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی پس از اثبات ایمنی در انسان، وارد مرحله دوم آزمایش شد

در یک کارآزمایی بالینی فاز ۱ که شامل ۳۹ داوطلب سالم بود، یک توالی DNA مصنوعی که در هیچ جای طبیعت وجود ندارد، توسط یک تزریق‌کننده جت بدون سوزن تحویل داده شد. این کاندید، که با نام pEVAC-PS شناخته می‌شود، اولین آنتی‌ژن ویروسی جهان است که به طور کامل توسط هوش مصنوعی طراحی شده و بر روی انسان آزمایش می‌شود. این واکسن که توسط محققان دانشگاه کمبریج و شرکت نوپای وابسته به آن، DIOSynVax، توسعه یافته است، با موفقیت موانع ایمنی اولیه خود را پشت سر گذاشته و نقطه عطف مهمی برای ایمنی‌شناسی محاسباتی محسوب می‌شود. با اثبات اینکه یک توالی ژنتیکی تولیدشده توسط هوش مصنوعی می‌تواند بدون ایجاد عوارض جانبی شدید، با خیال راحت به انسان تزریق شود، این آزمایش راه را برای عصر جدیدی از آمادگی فعال در برابر همه‌گیری‌ها باز می‌کند و اکنون این کاندید به سمت کارآزمایی‌های اثربخشی بزرگتر فاز ۲ پیش می‌رود.[1][4]

نتایج این کارآزمایی که اخیراً در مجله معتبر «عفونت» (Journal of Infection) منتشر شده است، نشان‌دهنده یک تغییر پارادایم بالقوه در نحوه دفاع جامعه پزشکی جهانی در برابر بیماری‌های عفونی نوظهور است. محققان به جای انتظار برای سرایت یک پاتوژن جدید به جمعیت انسانی و سپس عجله برای توالی‌یابی و هدف قرار دادن آن، از یادگیری ماشینی برای ایجاد دفاع پیشگیرانه در برابر کل خانواده‌های ویروس‌ها به طور همزمان استفاده می‌کنند. در این مطالعه افزایش دوز، واکسن در چهار سطح قدرت مختلف تجویز شد و شرکت‌کنندگان از نظر واکنش‌زایی به دقت تحت نظر قرار گرفتند. داده‌ها تأیید کردند که واکسن طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی در تمام گروه‌ها به خوبی تحمل شده است و هیچ نگرانی ایمنی قابل توجه یا عوارض جانبی ناتوان‌کننده‌ای گزارش نشده است، که داده‌های ایمنی اساسی مورد نیاز برای پیشبرد این فناوری تجربی را فراهم می‌کند.[2]

توسعه سنتی واکسن یک فرآیند ذاتاً انفعالی است که جمعیت‌ها را در برابر تکامل ویروسی آسیب‌پذیر می‌سازد. ایمن‌سازی‌های کنونی، از جمله پلتفرم‌های بسیار موفق mRNA، سیستم ایمنی بدن را آموزش می‌دهند تا یک سویه خاص و در گردش ویروس را شناسایی کند. با این حال، همانطور که پاتوژن‌هایی مانند سارس-کوو-۲ (SARS-CoV-2) تکثیر و گسترش می‌یابند، مکرراً جهش پیدا می‌کنند و پروتئین‌های خوشه‌ای سطحی خود را تغییر می‌دهند تا از این ایمنی آموزش‌دیده بسیار خاص فرار کنند. این مسابقه تسلیحاتی تکاملی، دانشمندان را مجبور به یک چرخه ثابت و پرهزینه به‌روزرسانی فرمول‌ها و عرضه واکسن‌های تقویت‌کننده فصلی می‌کند. این رویکرد «دنبال کردن سویه‌ها» به این معنی است که تا زمانی که یک واکسن جدید تولید، توزیع و تزریق شود، ویروس اغلب دوباره جهش یافته است و مقامات بهداشت عمومی را دائماً یک قدم عقب‌تر از پاتوژن نگه می‌دارد.[1][5]

برای شکستن این چرخه انفعالی، تیم تحقیقاتی کمبریج از هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل پایگاه‌های داده ژنومی گسترده و جهانی زیرسرده ساربه‌کوویروس (sarbecovirus) استفاده کرد. این خانواده ویروسی شامل ویروس اصلی سارس (SARS) که در سال ۲۰۰۳ ظهور کرد، سارس-کوو-۲ و کروناویروس‌های خفاشی مرتبط متعددی است که دانشمندان آنها را حامل خطر بالایی برای سرایت مشترک انسان و دام در آینده شناسایی کرده‌اند. وظیفه هوش مصنوعی این بود که فراتر از پروتئین‌های سطحی که به سرعت جهش می‌یابند، به دنبال ویژگی‌های ساختاری حفظ‌شده‌ای باشد که در کل خانواده ویروسی مشترک هستند. این مناطق حفظ‌شده، معماری بیولوژیکی ضروری را نشان می‌دهند که یک ویروس نمی‌تواند به راحتی آن را جهش دهد یا کنار بگذارد، بدون اینکه توانایی اساسی خود برای عملکرد، تکثیر و آلوده کردن سلول‌های میزبان را از دست بدهد.[1][3]

با استفاده از این ویژگی‌های مشترک و تغییرناپذیر جهانی، هوش مصنوعی یک «فراآنتی‌ژن» واحد را محاسبه کرد—نقشه اولیه یک پروتئین موزاییکی که برای آموزش سیستم ایمنی انسان طراحی شده است تا ساختار بنیادی خانواده ویروس را شناسایی کند، نه پوشش خاص یک سویه واحد را. از آنجایی که این آنتی‌ژن مصنوعی هسته تغییرناپذیر پاتوژن را هدف قرار می‌دهد، ایمنی حاصل از نظر تئوری «ضد آینده» است. این واکسن برای ارائه محافظت پایدار در برابر جهش‌های فعلی در گردش در جمعیت و همچنین ویروس‌های مرتبطی طراحی شده است که در حال حاضر فقط در مخازن حیوانی ساکن هستند اما در صورت جهش به انسان، می‌توانند بحران بهداشتی جهانی بعدی را آغاز کنند.[4]

کارآزمایی فاز ۱ اولین شواهد بالینی ملموس را در حمایت از این رویکرد محاسباتی جاه‌طلبانه ارائه کرد. نمونه‌های خونی جمع‌آوری‌شده از ۳۹ داوطلب نشان داد که واکسن pEVAC-PS با موفقیت پاسخ‌های ایمنی متقاطع را تحریک کرده است. آنتی‌بادی‌های تولید شده توسط سیستم ایمنی شرکت‌کنندگان قادر به شناسایی و اتصال نه تنها به سارس-کوو-۲ و ویروس اصلی سارس بودند، بلکه به چندین کروناویروس خفاشی متمایز که هرگز انسان را آلوده نکرده‌اند نیز متصل شدند. اگرچه سنجش‌های آزمایشگاهی تضمینی برای محافظت در دنیای واقعی نیستند، اما این واکنش‌پذیری متقاطع نشان می‌دهد که واکسن طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی می‌تواند واقعاً یک سپر پیشگیرانه و با طیف گسترده در برابر رویدادهای سرایت مشترک انسان و دام در آینده ارائه دهد، پیش از آنکه فرصت تبدیل شدن به همه‌گیری را پیدا کنند.[2][4]

فراتر از طراحی بدیع مبتنی بر هوش مصنوعی، واکسن pEVAC-PS مزایای لجستیکی قابل توجهی را نیز معرفی می‌کند که می‌تواند برابری سلامت جهانی را متحول سازد. این کاندید به صورت یک واکسن مبتنی بر DNA فرموله شده است که ذاتاً بسیار پایدارتر از واکسن‌های شکننده mRNA است که در پاسخ به کووید-۱۹ غالب بودند. این درجه بالای پایداری، نیاز به زنجیره‌های پیچیده نگهداری در دمای بسیار پایین را که به شدت توزیع واکسن را در کشورهای در حال توسعه مختل می‌کرد، از بین می‌برد. با پایدار ماندن در دمای استاندارد یخچال یا حتی دمای اتاق، ذخیره‌سازی این واکسن DNA برای سال‌ها و انتقال آن به مناطق دورافتاده و کم‌منابع که شیوع همه‌گیری‌ها اغلب از آنجا سرچشمه می‌گیرد، بسیار آسان‌تر است.[2][5]

علاوه بر این، این واکسن به صورت داخل پوستی با استفاده از دستگاه تخصصی PharmaJet Tropis تزریق می‌شود—یک سیستم میکروفلوئیدی که از جریان سیال با فشار بالا برای رساندن دقیق دوز از طریق پوست بدون استفاده از سوزن سنتی بهره می‌برد. این رویکرد بدون سوزن، یک جایگزین خوشایند برای بخش قابل توجهی از جمعیت است که اضطراب تزریق دارند، که می‌تواند مانعی برای پذیرش واکسن باشد. مهم‌تر از آن برای لجستیک بهداشت عمومی، سیستم تزریق جت، فرآیند تزریق را ساده می‌کند، ضایعات پزشکی را کاهش می‌دهد و به کارکنان مراقبت‌های بهداشتی اجازه می‌دهد تا کمپین‌های واکسیناسیون انبوه سریع‌تر و ایمن‌تری را در طول یک شیوع فعال و به سرعت در حال گسترش انجام دهند.[2]

با وجود مشخصات ایمنی بسیار امیدوارکننده و مکانیسم‌های نوآورانه تزریق، کارشناسان بیماری‌های عفونی هشدار می‌دهند که این فناوری هنوز در مراحل اولیه بالینی خود قرار دارد. کارآزمایی فاز ۱ به صراحت برای ارزیابی ایمنی و تحمل‌پذیری طراحی شده بود، نه اثربخشی در دنیای واقعی در برابر عفونت‌های فعال. در حالی که واکسن با موفقیت پاسخ ایمنی ایجاد کرد، برخی تحلیل‌های مستقل از داده‌ها، سطوح آنتی‌بادی حاصل را در مقایسه با واکسن‌های بسیار هدفمند و سویه‌محوری که در حال حاضر در بازار هستند، متوسط توصیف کردند. آزمون واقعی این پلتفرم این خواهد بود که آیا این ایمنی گسترده و متقاطع می‌تواند به محافظت بالینی قوی و ماندگار در برابر بیماری شدید، هنگام مواجهه بیماران با ویروس‌های زنده، تبدیل شود یا خیر.[3]

برای پاسخ به این سؤالات حیاتی در مورد اثربخشی، محققان اکنون فعالانه در حال آماده‌سازی برای یک کارآزمایی فاز ۲ بسیار بزرگتر هستند. این مرحله بعدی جمعیت بسیار گسترده‌تر و متنوع‌تری را ثبت‌نام خواهد کرد تا ایمنی‌زایی واکسن را در گروه‌های سنی، جمعیت‌شناختی و سوابق ایمنی پیچیده مختلف بهتر ارزیابی کند. اگر مفهوم فراآنتی‌ژن در مقیاس بزرگ مؤثر واقع شود، پیامدهای آن برای پزشکی مدرن بسیار فراتر از کروناویروس‌ها خواهد بود. همین پلتفرم مبتنی بر هوش مصنوعی در حال حاضر برای توسعه کاندیداهای واکسن جهانی برای سایر خانواده‌های پاتوژن پرخطر، از جمله آنفولانزا و ابولا، در حال تطبیق است و به طور بالقوه ابزارهایی را به بشریت می‌دهد تا همه‌گیری‌های آینده را قبل از شروع خنثی کند.[1][4]