Roma – Notando che i recenti progressi nell’intelligenza artificiale e l’esistenza di dati sperimentali su larga scala sulla biologia umana hanno raggiunto una massa critica, un team di ricercatori della Stanford University , Genentech e della Chan-Zuckerberg Initiative ha sottolineato in un articolo su Cell la proposta che la scienza ha un’“opportunità senza precedenti” di utilizzare l’intelligenza artificiale (IA) per creare la prima cellula umana virtuale al mondo. Tale cellula sarebbe in grado di rappresentare e simulare il comportamento preciso delle biomolecole umane, delle cellule e, alla fine, dei tessuti e degli organi.
“Modellare le cellule umane può essere considerato il Santo Graal della biologia”, ha affermato Emma Lundberg , professore associato di bioingegneria e patologia presso le scuole di Ingegneria e Medicina di Stanford e autore senior di un nuovo articolo sulla rivista Cell che propone uno sforzo concertato e globale per creare la prima cellula virtuale AI al mondo. “L’IA offre la possibilità di apprendere direttamente dai dati e di andare oltre ipotesi e intuizioni per scoprire le proprietà emergenti di sistemi biologici complessi”.
Tra gli autori senior di Lundberg figurano due colleghi di Stanford, Stephen Quake , professore di bioingegneria e direttore scientifico della Chan-Zuckerberg Initiative, e Jure Leskovec , professore di informatica presso la School of Engineering, nonché Theofanis Karaletsos, responsabile dell’intelligenza artificiale per la scienza presso la Chan Zuckerberg Initiative, e Aviv Regev, vicepresidente esecutivo della ricerca presso Genentech.
Un simile modello di cellula sintetica consentirebbe sia una comprensione più approfondita della complessa interazione di forze e processi chimici, elettrici, meccanici e di altro tipo che fanno funzionare le cellule umane sane, sia rivelerebbe le cause profonde delle malattie che portano alla disfunzione o alla morte cellulare.
Forse ancora più intrigante, una cellula virtuale AI consentirebbe anche agli scienziati di sperimentare in silico anziché in vivo , su un computer anziché su cellule e organismi viventi. Questa capacità amplierebbe la comprensione umana della biologia umana e accelererebbe la ricerca di nuove terapie, prodotti farmaceutici e forse cure per le malattie.
Gli esperti di biologia del cancro potrebbero modellare il modo in cui determinate mutazioni trasformano le cellule sane in maligne.
Un giorno i microbiologi potrebbero predire gli effetti dei virus sulle cellule infette e forse persino sugli organismi ospiti. Un giorno i medici potrebbero testare i trattamenti sui “gemelli digitali” dei loro pazienti, accelerando un’era promessa da tempo di medicina personalizzata più veloce, più conveniente e più sicura.
Tuttavia, per essere considerata un successo, gli autori affermano che una cellula virtuale AI dovrebbe raggiungere tre risultati. Innanzitutto, dovrebbe consentire ai ricercatori di creare rappresentazioni universali tra specie e tipi di cellule. Dovrebbe anche prevedere con precisione la funzione, il comportamento e le dinamiche cellulari e comprendere i meccanismi cellulari. E, ultimo ma non meno importante, una cellula virtuale AI consentirebbe esperimenti sui computer per testare ipotesi e guidare la raccolta dati per espandere le capacità della cellula virtuale a velocità e costi molto inferiori a quelli odierni.
In quella che gli autori chiamano una “trifecta” per la scienza, l’IA ha inaugurato un’era di strumenti predittivi, generativi e interrogabili, e tuttavia la massiccia scala di dati biologici grezzi che saranno necessari per creare la cellula virtuale è innegabile. A titolo di confronto, gli autori indicano il magazzino di dati di sequenziamento del DNA compilato dai National Institutes of Health chiamato Short Read Archive che ora contiene più di 14 petabyte di dati, mille volte più grande del set di dati utilizzato per addestrare ChatGPT.
Ottenere la cellula virtuale AI non sarà facile. Richiederà una collaborazione scientifica aperta, globale e concertata su una scala senza precedenti in campi che vanno dalla genetica e dalla proteomica all’imaging medico, e una stretta partnership tra gli stakeholder globali nel mondo accademico, nell’industria e nelle organizzazioni non-profit. Allo stesso tempo, gli autori sono attenti a notare che qualsiasi lavoro verso la cellula virtuale AI dovrebbe essere intrapreso solo con l’ipotesi che i modelli risultanti saranno resi disponibili all’intera comunità scientifica senza restrizioni.
“Questo è un progetto gigantesco, paragonabile al progetto genoma, che richiede la collaborazione tra discipline, settori e nazioni, e sappiamo che modelli completamente funzionali potrebbero non essere disponibili per un decennio o più”, ha affermato Lundberg. “Ma, con le attuali capacità di intelligenza artificiale in rapida espansione e i nostri enormi e crescenti set di dati, è giunto il momento che la scienza si unisca e inizi il lavoro di rivoluzione del modo in cui comprendiamo e modelliamo la biologia”.(30Science.com)
