เอไอคิดค้นยาปฏิชีวนะใหม่ 2 ชนิด รักษาหนองในดื้อยาและเชื้อ MRSA

ที่มาของภาพ : Getty Images

Article Recordsdata

    • Author, เจมส์ กัลลาเกอร์
    • Neutral, ผู้สื่อข่าวสุขภาพและวิทยาศาสตร์

โปรแกรมปัญญาประดิษฐ์หรือเอไอ (AI) ได้คิดค้นยาปฏิชีวนะออกมาใหม่ 2 ชนิด ซึ่งคาดว่าจะมีศักยภาพสูงในการเป็นยาฆ่-าเชื้อ ที่สามารถกำจัดเชื้อดื้อยารักษาโรคหนองในหรือโกโนเรีย (gonorrhea) รวมทั้งเชื้อ MRSA ได้อย่างชะงัด

ยาปฏิชีวนะดังกล่าว ผลิตขึ้นโดยใช้เอไอออกแบบโครงสร้างทางเคมีระดับโมเลกุล ชนิดที่ละเอียดถึงขั้นการออกแบบทีละอะตอมเลยทีเดียว ซึ่งเบื้องต้นคาดว่ายานี้จะสามารถเอาชนะ “สุดยอดเชื้อโรคดื้อยา” หรือ “ซูเปอร์บัก” (superbug) ได้สำเร็จ ทั้งในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ และในการทดลองกับสัตว์

อย่างไรก็ตาม สารประกอบที่ใช้เป็นยาปฏิชีวนะชนิดใหม่เอี่ยมนี้ จะต้องนำไปผ่านการพัฒนาอีกหลายขั้นตอน รวมทั้งต้องผ่านการทดลองระดับคลินิกในมนุษย์ ซึ่งจะต้องใช้เวลาอีกนานหลายปี กว่าที่แพทย์จะนำมาใช้รักษาคนไข้ทั่วไปได้

ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ หรือเอ็มไอที (MIT) คือผู้ที่ประสบความสำเร็จในการใช้เอไอคิดค้นนวัตกรรมทางการแพทย์ในครั้งนี้ โดยพวกเขาบอกว่า เอไอคือเครื่องมือสำคัญที่จะนำไปสู่การเริ่มต้น “ยุคทองครั้งที่สอง” ของการค้นพบยาปฏิชีวนะ

ตามปกติแล้วยาปฏิชีวนะสามารถฆ่-าเชื้อแบคทีเรียได้ แต่ปัจจุบันกรณีการติดเชื้อดื้อยาที่ทำให้การรักษาโรคล้มเหลว กำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จนเป็นเหตุให้มีผู้เสียชีวิตกว่าหนึ่งล้านรายต่อปี

Skip ได้รับความนิยมสูงสุด and proceed readingได้รับความนิยมสูงสุด

Conclude of ได้รับความนิยมสูงสุด

การใช้ยาปฏิชีวนะบ่อยครั้งหรือใช้เกินขนาดโดยไม่จำเป็น ได้ช่วยผลักดันให้เชื้อแบคทีเรียมีวิวัฒนาการ จนสามารถต้านทานยาปฏิชีวนะหลายชนิดได้ ยิ่งไปกว่านั้น วงการแพทย์ยังขาดแคลนยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ๆ โดยไม่มีการค้นพบยาดังกล่าวมานานหลายสิบปีแล้ว

ที่ผ่านมานักวิจัยหลายทีมทั่วโลก ได้พยายามใช้เอไอมาตรวจสอบสารเคมีหลายพันชนิด ที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักคุ้นเคยกันเป็นอย่างดีอยู่แล้ว เพื่อมองหาว่าสารประกอบชนิดใดบ้าง ที่มีศักยภาพพอจะนำมาใช้เป็นยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ได้

อย่างไรก็ตาม ในครั้งนี้ทีมวิจัยของเอ็มไอทีได้ก้าวหน้าไปอีกขั้น โดยนำปัญญาประดิษฐ์แบบรู้สร้าง (generative AI) มาลงมือออกแบบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ที่โลกไม่เคยเห็นมาก่อน ตั้งแต่ขั้นตอนแรก

ผลการศึกษาดังกล่าวของเอ็มไอที ได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ลงในวารสารวิชาการ Cell ฉบับล่าสุด โดยระบุว่าได้ใช้เอไอวิเคราะห์ตรวจสอบคุณสมบัติของสารประกอบ 36 ล้านชนิด ซึ่งรวมถึงสารเคมีจากจินตนาการของเอไอ ที่ยังไม่มีอยู่ในโลกของความเป็นจริงหรือยังไม่ถูกค้นพบด้วย

ทีมวิจัยของเอ็มไอทีเริ่มต้นกระบวนการคิดค้นยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ด้วยการฝึกฝนและป้อนข้อมูลที่จำเป็นให้กับมัน ซึ่งได้แก่โครงสร้างทางเคมีของสารประกอบที่มนุษย์รู้จักอยู่แล้ว รวมทั้งข้อมูลที่ระบุว่า สารดังกล่าวยับยั้งหรือชะลอการเติบโตของเชื้อแบคทีเรียหลายชนิดพันธุ์ได้ดีเพียงใด

หลังจากที่เอไอได้เรียนรู้จากข้อมูลข้างต้น จนทราบว่าเชื้อแบคทีเรียแต่ละชนิด ได้รับผลกระทบจากสารที่มีโครงสร้างโมเลกุล หรือการจัดเรียงตัวของอะตอมแบบต่าง ๆ อย่างไรบ้าง ทีมวิจัยก็ได้กำหนดวิธีการ ซึ่งก็คือแนวทางการออกแบบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ให้กับเอไอ 2 แนวทางด้วยกัน

ที่มาของภาพ : MIT

ศ.เจมส์ คอลลินส์ หนึ่งในทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ หรือเอ็มไอที (MIT)

วิธีแรกคือการกำหนดจุดเริ่มต้นในการออกแบบ โดยเลือกจุดที่มีศักยภาพสูงในการผลิตยาตัวใหม่ออกมา เอไอจะเลือกจุดเริ่มต้นที่มีความเป็นไปได้สูงนี้ จากฐานข้อมูลที่มีรายละเอียดของโครงสร้างโมเลกุลหลายล้านแบบ แล้วจึงเริ่มออกแบบยาต่อจากชิ้นส่วนของโมเลกุลที่คัดสรรมา ซึ่งจะมีขนาดราว 8-19 อะตอม ส่วนวิธีการออกแบบในแนวทางที่สองนั้น จะปล่อยให้เอไอคิดออกแบบเองได้ตั้งแต่ต้นโดยอิสระ

กระบวนการออกแบบนี้จะขจัดผลลัพธ์ที่ได้ทิ้งไปบางส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลลัพธ์ที่ดูคล้ายคลึงกับโครงสร้างทางเคมีของยาปฏิชีวนะที่มีอยู่แล้วในปัจจุบัน รวมทั้งผลลัพธ์ที่ทำนายได้ว่าอาจเป็นพิษต่อมนุษย์ นอกจากนี้ยังต้องมั่นใจได้ว่า ผลลัพธ์ที่ออกมานั้นเป็นยา และไม่ใช่สารเคมีชนิดอื่นที่นักวิจัยไม่ต้องการ

ในท้ายที่สุดเอไอสามารถออกแบบยาปฏิชีวนะใหม่เอี่ยมได้ 2 ชนิด โดยยาตัวหนึ่งสามารถกำจัดเชื้อดื้อยารักษาโรคหนองใน ซึ่งเป็นโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ได้ ส่วนยาอีกตัวหนึ่งสามารถฆ่-าเชื้อ MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) หรือเชื้อแบคทีเรียสตาฟีโลค็อกคัส ออเรียส ที่ดื้อยาปฏิชีวนะเมทิซิลลินอย่างรุนแรง

ตามปกติแล้วเชื้อแบคทีเรียสตาฟีโลค็อกคัส ออเรียส อาศัยอยู่บนผิวหนังของคนเราโดยไม่ก่อให้เกิดอันตราย แต่หากมันเกิดพลัดหลงเข้าสู่ภายในร่างกายหรือกระแสเลืoด ก็จะทำให้เกิดการติดเชื้อรุนแรงที่เป็นอันตรายถึงชีวิตได้

ในขั้นตอนต่อไป ทีมวิจัยจะนำข้อมูลโครงสร้างโมเลกุลของยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ที่เอไอคิดค้นขึ้น ไปสังเคราะห์เป็นยาตัวจริง เพื่อทดลองใช้ฆ่-าเชื้อแบคทีเรียดื้อยาในห้องปฏิบัติการ และทดสอบอีกครั้งโดยใช้รักษาหนูทดลองที่ติดเชื้อดื้อยาด้วย

“พวกเราตื่นเต้นกันมาก เพราะเราสามารถแสดงให้เห็นแล้วว่า ปัญญาประดิษฐ์แบบรู้สร้าง สามารถนำมาใช้ออกแบบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ที่โลกไม่เคยมีมาก่อนได้” ศาสตราจารย์เจมส์ คอลลินส์ ผู้นำทีมวิจัยของเอ็มไอทีกล่าวกับบีบีซี

“เอไอช่วยให้เราเจอโครงสร้างโมเลกุลที่ใช้งานได้ ด้วยกระบวนการที่มีต้นทุนต่ำและทำสำเร็จได้รวดเร็ว วิธีการนี้จะช่วยให้เรามีอาวุธต่อสู้กับโรคร้ายเพิ่มขึ้น และช่วยให้เราได้เปรียบในสงครามระหว่างสติปัญญาของมนุษย์ กับวิวัฒนาการทางพันธุกรรมของเชื้อดื้อยา”

อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ดังกล่าว ยังไม่พร้อมสำหรับการทดลองระดับคลินิก ซึ่งก็คือการทดสอบใช้ยากับคนไข้จริงในกลุ่มประชากรขนาดใหญ่ โดยคาดว่าจะต้องมีการพัฒนาตัวยานี้เพิ่มเติมเสียก่อน ในช่วง 1-2 ปีข้างหน้า

ดร.แอนดรูว์ เอ็ดเวิร์ดส์ จากโครงการ Fleming Initiative และอาจารย์ผู้สอนสาขาจุลชีววิทยาระดับโมเลกุล ที่มหาวิทยาลัยอิมพีเรียล คอลเลจ ลอนดอน (ICL) แสดงความเห็นต่อการค้นพบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ว่า “นี่เป็นสิ่งสำคัญมากและมีศักยภาพมหาศาล เพราะการทดลองนี้ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า เอไอคือหนทางใหม่ในการค้นพบยาปฏิชีวนะที่โลกไม่เคยมีมาก่อน”

ที่มาของภาพ : Getty Images

แต่ถึงกระนั้น ดร.เอ็ดเวิร์ดส์ ได้กล่าวเตือนด้วยว่า “แม้เอไอจะเป็นความหวัง ในการยกระดับกระบวนการคิดค้นและพัฒนายาชนิดใหม่ ๆ ได้อย่างก้าวกระโดด แต่มนุษย์ยังคงต้องเป็นผู้ลงมือทำขั้นตอนที่ยากลำบากที่สุดเอง ซึ่งก็คือการทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพของยา”

เหตุที่ดร.เอ็ดเวิร์ดส์ กล่าวเตือนดังข้างต้น เป็นเพราะการทดลองในห้องปฏิบัติการและการทดลองระดับคลินิกนั้น ต้องใช้งบประมาณมหาศาลและกินเวลายาวนานมาก โดยไม่อาจรับประกันได้ว่า ยาต้นแบบที่นำมาทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพนั้น จะผ่านการทดสอบหลายขั้นตอนไปได้ตลอดรอดฝั่ง จนกระทั่งได้รับอนุมัติให้แพทย์ใช้รักษาคนไข้ทั่วไปได้

เพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มยังเรียกร้องให้มีการพัฒนาเอไอออกแบบยาต่อไปอีก ซึ่งศ.คอลลินส์ ให้คำอธิบายในเรื่องนี้ว่า “เราต้องการแบบจำลองที่ดีขึ้น เพื่อให้เอไอมีความสามารถในการทำนายสูงกว่าเดิม โดยไม่เพียงแค่ทำนายถึงประสิทธิภาพของยาที่ออกแบบ เมื่อนำไปทดสอบในห้องปฏิบัติการได้เท่านั้น ทว่ายังสามารถทำนายถึงประสิทธิภาพของยา เมื่อใช้กับร่างกายของคนไข้จริงได้อีกด้วย”

การออกแบบยาชนิดใหม่ด้วยเอไอ ยังมีอุปสรรคในขั้นตอนการสังเคราะห์และผลิตยาอยู่ ตัวอย่างเช่นยาปฏิชีวนะที่กำจัดเชื้อหนองในดื้อยา 80 ชนิด ที่เอไอออกแบบและคัดสรรมาแล้วว่ามีศักยภาพสูงสุดในทางทฤษฎีนั้น มีเพียงสองชนิดที่สามารถสังเคราะห์ขึ้นมาเป็นตัวยาในโลกของความเป็นจริงได้

ศ.คริส ดาวสัน จากมหาวิทยาลัยวอร์ริกของสหราชอาณาจักร แสดงความเห็นว่าการค้นพบครั้งนี้ “เจ๋งดี” เพราะได้พิสูจน์ว่าเอไอนั้น “เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ ในฐานะเครื่องมือที่ช่วยให้ค้นพบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ซึ่งจะบรรเทาผลกระทบจากกรณีเชื้อดื้อยาที่กำลังเพิ่มขึ้น”

ศ.ดาวสันยังกล่าวทิ้งท้ายว่า นอกจากปัญหาทางเทคนิคแล้ว ยาตัวใหม่อาจต้องเผชิญกับปัญญาทางเศรษฐกิจด้วย “เราจะผลิตยาตัวใหม่อย่างไร ไม่ให้มันมีมูลค่าในเชิงพาณิชย์ ?”

หากไม่วางมาตรการป้องกันการแสวงหาผลกำไรจากยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ยาอาจมีราคาแพงจนคนทั่วไปไม่สามารถจะเข้าถึงได้ นอกจากนี้ยังต้องหาทางกำกับควบคุมการใช้ยา เพื่อไม่ให้เกิดการใช้ยาบ่อยครั้งหรือใช้เกินขนาดโดยไม่จำเป็น ซึ่งจะนำไปสู่สภาพการณ์ที่เชื้อดื้อยาอีกดังเช่นในปัจจุบัน