KI-Modell der Empa soll Tierversuche reduzieren
Forscher der Empa haben ein KI-gestütztes Computermodell entwickelt, das Tierversuche in der medizinischen Forschung künftig reduzieren könnte. Die sogenannte virtuelle Maus soll vorhersagen, wie sich Nanopartikel im Körper verteilen, und damit die Entwicklung neuer Therapien beschleunigen.
Im Zentrum steht ein sogenanntes physiologisch basiertes pharmakokinetisches Modell. Es wurde von der Empa-Forscherin Jimeng Wu gemeinsam mit den Wissenschaftlern Peter Wick und Bernd Nowack entwickelt. Mithilfe von maschinellem Lernen analysiert das System die Eigenschaften von Nanopartikeln und berechnet, wie sich diese in verschiedenen Organen einer Maus verhalten würden. Grundlage dafür bilden Daten aus früheren Tierversuchen.
Besonders interessant ist die Technologie für die Entwicklung neuer Krebstherapien. Nanopartikel gelten als vielversprechende Transportmittel für Wirkstoffe, da sie teilweise sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. Diese natürliche Schutzbarriere verhindert normalerweise, dass viele Medikamente ins Gehirn gelangen. Das erschwert die Behandlung von Hirntumoren erheblich.
Mit dem neuen Modell können Forscher bereits vor der Herstellung eines Nanopartikels simulieren, ob dieser für eine bestimmte medizinische Aufgabe geeignet sein könnte. Dadurch lassen sich aufwendige und teure Versuchsreihen reduzieren. Gleichzeitig soll das System helfen, neue Therapien frühzeitig sicherer zu machen. Die Empa ordnet die Entwicklung deshalb dem Konzept «Safe and Sustainable by Design» zu.
Noch befindet sich die virtuelle Maus in einer frühen Phase. Das Modell basiert derzeit auf Daten aus 18 früheren Studien. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, wollen die Forscher zusätzliche Datensätze integrieren und das System weiter trainieren. Langfristig soll das Prinzip auch auf den Menschen übertragen werden. Ziel ist ein virtuelles Modell, das medizinische Wirkstoffe künftig noch präziser testen und den Weg von der Forschung bis zur klinischen Anwendung verkürzen könnte.
Text: pd/red