在一项关于胶质母细胞瘤的创新研究中，来自南加州大学、佛罗里达大学和北卡罗来纳大学的研究人员利用人工智能（AI）对癌细胞进行了重编程，将它们转化为树突细胞（dendritic cell），其中树突细胞可以识别癌细胞并引导其他免疫细胞杀死它们。相关研究结果于近日在线发表在Cancer Immunology Research期刊上，论文标题为“Machine Learning–Directed Conversion of Glioblastoma Cells to Dendritic Cell–like Antigen-Presenting Cells as Cancer Immunotherapy”。

胶质母细胞瘤是成人中最常见的脑癌，也是最致命的癌症，只有不到10%的患者能在确诊后存活五年。虽然免疫疗法等新方法已经彻底改变了其他癌症的治疗，但对胶质母细胞瘤患者的治疗却收效甚微。部分原因是这些难以触及的脑瘤隐藏在血脑屏障之后，免疫细胞难以触及并消灭它们。

但是，这项新的研究利用人工智能探索了哪些基因控制着细胞的命运，比如说，它是发育成心脏细胞、肺细胞还是癌细胞。研究者发现了能对胶质母细胞瘤细胞进行重编程的基因，这些基因能将它们转化为肿瘤内的免疫细胞，从而有效地靶向它们的同类癌细胞进行破坏。在胶质母细胞瘤小鼠模型中，这种方法使得它们的存活几率提高了高达75%。

论文通讯作者、南加州大学凯克医学院神经外科和神经病学副教授David Tran博士说，“这项突破性研究利用人工智能的力量将胶质母细胞瘤细胞转化为免疫激活细胞，标志着癌症免疫疗法取得了重大进展。通过让癌症自身的细胞对抗它，我们正在为更有效的治疗铺平道路，并为与这种癌症和许多其他侵袭性癌症作斗争的患者提供新的希望。”

除了在动物模型上的研究工作，研究者还利用人工智能确定了一组可以将人类胶质母细胞瘤细胞转化为免疫细胞的基因。未来，科学家们可能能够通过将这些基因嵌入无害的病毒（一种称为病毒载体的工具）中，将其递送给胶质母细胞瘤患者。

Tran说，“迫使一种拥有 2 万个基因的细胞变成另一种细胞是一件非常复杂的事情。使用传统的分子方法，这几乎是不可能做到的。人工智能正在帮助我们回答一些关键问题，并为我们提供了一种学习如何操纵细胞命运的强大方法。”

控制细胞命运

称为树突细胞的免疫细胞在激活免疫反应中发挥着核心作用：它们采集抗原（如癌细胞中的抗原）并将其呈现给其他免疫细胞，包括T细胞大军，从而有效地引发全面攻击。

有证据表明树突细胞能对抗胶质母细胞瘤，但科学家们还没有找到一种可靠的方法，能让树突细胞穿过血脑屏障，进入肿瘤的恶劣环境。通过对肿瘤内的癌细胞进行重编程，Tran和他的团队绕过了这一重大挑战。

在操纵细胞命运时，一个重要的考虑因素是特异性。例如，将健康的脑细胞转化为树突细胞，可能会缩小脑肿瘤，但却会导致健康问题。Tran说，“我们不希望给患者注射某种能把各种类型的细胞转化为树突细胞的东西。”

他和他的团队开发的这种机器学习系统能够查询数以万计的基因和数以百万计的基因间连接，并识别出那些能够特异性靶向胶质母细胞瘤细胞并将它们重编程为树突细胞样细胞的基因。这种人工智能驱动的方法不同于以往的研究，以往的研究使用所谓的经验方法来手动识别控制细胞命运的基因。Tran说，“人工智能的高计算能力确实帮助我们加快了这一发现过程。”

与其他免疫疗法一起使用时，对胶质母细胞瘤细胞进行重编程能显著增强免疫反应，提高胶质母细胞瘤小鼠模型的存活率。当这种新方法与免疫检查点疗法结合使用时，存活率提高了75%。当与一种经典树突细胞疫苗结合使用时，这种新方法可将存活几率提高一倍。（单独使用免疫检查点疗法或经典树突细胞疫苗都不能提高胶质母细胞瘤患者的存活率）。

迈向临床试验

除了在小鼠中进行概念验证研究外，研究者还利用他们的人工智能系统确定了一组人类基因，这些基因可以将人类胶质母细胞瘤细胞转化为类似于树突细胞的细胞，即树突细胞样细胞。下一步，他们计划对这组基因进行微调，将它们包装到病毒载体中，并开始在动物模型中进行首轮安全性和有效性测试。

Tran说，“我们希望扩大搜索范围，利用人工智能帮助我们找到可能的最佳组合，以便在患者身上进行测试。”

如果这种方法被认为是安全有效的，这意味着它能改善胶质母细胞瘤模型的治疗效果，并且不会产生意想不到的副作用，那么Tran和他的团队将在几年内申请批准，开始在患者身上进行临床试验。

下一步，他们还希望利用他们的人工智能模型找到能使其他类型癌细胞重编程的基因，使其表现得像树突细胞一样。