Med AI och superdatorer i jakten på framtidens hjärnläkemedel

Många läkemedel mot hjärnans sjukdomar är resultat av slumpen – tester av tusentals molekyler tills något verkar fungera. Jens Carlsson och hans forskargrupp arbetar i stället med avancerad molekylär design. Med hjälp av AI och superdatorer söker de fram och optimerar nya substanser redan innan de existerar fysiskt.

– Vi vill hitta nya startpunkter för läkemedelsutveckling och göra det på ett mer effektivt och målinriktat sätt än traditionella metoder, säger Jens Carlsson.

Han är beräkningskemist, ett område som länge varit i bakgrunden i den medicinska forskningen. Men det håller snabbt på att förändras. I projektet som stöds av Hjärnfonden fokuserar Carlsson på receptorn TAAR1 – ett protein i hjärnans cellmembran som reglerar dopaminsystemet och därmed har stor betydelse vid tillstånd som schizofreni och Parkinsons sjukdom.

På ytan av hjärnans celler finns det molekylära strukturer som kallas receptorer. De fungerar som mottagare i kroppens kommunikationssystem: när ett specifikt signalämne – en “nyckel” – binder till sin receptor – “nyckelhålet” – aktiveras en process inne i cellen. Vissa signalämnen öppnar en process, andra stänger den. Nervsystemet fungerar som ett avancerat nätverk där signaler slussas fram i precisa mönster, och det är receptorerna som styr trafiken.

Forskning om dessa receptorer har varit avgörande för förståelsen av hjärnans funktion – och har lett till flera viktiga läkemedel. Ett historiskt genombrott var upptäckten av signalämnet dopamins roll i hjärnan och utvecklingen av läkemedel för Parkinsons sjukdom. Men de behandlingar som finns har begränsningar, bland annat svåra biverkningar och minskad effekt över tid. Därför är behovet av nya strategier stort.

I Jens forskning har man nu, med hjälp av AI, lyckats modellera hur TAAR1 ser ut – nyckelhålet är kartlagt. Nästa steg är att hitta rätt nyckel. Tack vare superdatorer kan forskargruppen söka igenom miljardtals tänkbara molekyler för att hitta de som passar – och därmed har potential att bli framtidens läkemedel.

TAAR1 har länge varit en okänd del av hjärnans signalsystem. Men med hjälp av AI-baserade modeller kan forskargruppen nu designa molekyler som binder till den – och antingen aktiverar eller blockerar den.

– Vi arbetar i två parallella spår. Det ena handlar om att screena miljardtals molekyler och hitta de som kan aktivera TAAR1, något som kan vara intressant vid schizofreni. Det andra fokuserar på att hitta de molekyler som blockerar receptorn, vilket kan öppna nya vägar vid Parkinsons sjukdom, säger Jens Carlsson.

Flera av molekylerna har nyligen testats i djurförsök med lovande resultat.

Forskningsprojektet är ett exempel på hur dagens mest avancerade läkemedelsforskning kräver samarbete mellan olika discipliner. Carlssons grupp står för beräkningarna och designen, medan samarbetspartners inom farmakologi och neurovetenskap utför de experimentella testerna.

– Det är bara tillsammans vi kan driva forskningen framåt. AI kan ge oss nya insikter, men det är först när vi kombinerar det med experimentella metoder som det blir riktigt kraftfullt.

Att ta fram ett nytt läkemedel är en lång process. Även om Jens Carlssons projekt ger resultat, återstår många steg innan en färdig behandling finns tillgänglig.

Men grunden är lagd – och möjligheterna är stora. Med teknik som gör det möjligt att förutsäga vilka molekyler som fungerar, kan framtidens läkemedel tas fram snabbare, med högre träffsäkerhet och färre biverkningar.

– Jag drivs av att lösa svåra problem. Att göra det som andra tror är omöjligt, säger Jens Carlsson. Det är frustrerande när vi inte lyckas – men när vi hittar något som fungerar är det värt allt arbete.

Genom Hjärnfondens forskningsbidrag får Jens Carlsson möjlighet att driva sitt projekt vidare. Det är ett exempel på den typ av forskning som Hjärnfonden vill möjliggöra – där ny teknik och djup expertis kombineras för att skapa verklig förändring.

– Att få stöd från Hjärnfonden är ett erkännande, säger Jens Carlsson. Det visar att våra metoder, även om de fortfarande är under utveckling, kan bidra till verkliga framsteg i kampen mot hjärnans sjukdomar.