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“The Sims”から インシリコ臨床実験へ

~COVIDワクチンを成功させたAIの仕組み~

 

2019年2月26日(火)午前0時を少し過ぎた頃、何千人ものゲーマーが人生シミュレーションゲーム “The Sims “の最新ゲームパックである “StrangerVille “をダウンロードしました。レビューは賛否両論で、ゲーム販売会社のエレクトロニック・アーツ社が「大ヒットを飛ばした」と言う批評家がいる一方、このゲームパックを「中身がなく、つまらない」と言う批評家もいました。

“StrangerVille”では、科学者や陰謀論、突然変異した植物など、非常に精巧に作られたありえないストーリーが展開されます。このゲームでは、プレイヤーは軍の秘密研究所の地下にある「化学分析装置」でワクチンをテストし、街に出て、感染したSims(ゲーム内のシムシティの住人)にワクチンを投与します。あるレビュアーは「最初はワクチンが効かないかもしれませんが、そこから少しずつ学ぶことができます」と指摘しています

ワクチン接種のロールプレイも、ゲーム自体も、ほとんどインパクトがありませんでした。数ヵ月後、Activision社から”Call of Duty: Modern Warfare”というゲームが発売されると、ほとんどのゲーマーは”StrangerVille”のことを忘れてしまいました。

そして、パンデミックが起こります。

その後、科学者たちはCOVID-19の治療法を見つけるために奔走しました。しかし、ワクチンの臨床試験を始める前に、バイオ製薬会社は、生命を脅かす可能性のある薬の効果を仮想実験で検証しなければなりませんでした。この実験には患者は含まれず、ピクセル(画素)だけが使われます。高度なコンピュータモデリングを用いて、科学者たちは、人間に注射することなく、また、人間も動物も殺すことなく、化学物質の毒性を確認します。

そして”StrangerVille”が、突如現実味を帯びてきたのです。

科学者たちは、前年にゲーマーたちが行ったことを実行しました。シミュレーション環境で仮想患者を感染させ、ワクチンを接種する、いわゆるインシリコ臨床試験を行ったのです。唯一の違いは、ゲーマーは次のレベルに進み、科学者は世界を救った、ということです。

あとはご存知の通りです。2021年3月現在、世界中で何百万人もの人々がCOVIDワクチンの接種を受けています。しかし、インシリコスクリーニングが、パンデミックでこれほど重要な役割を果たしたことを知る人は少ないのです。

これはその物語です。

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インシリコ臨床試験とは?

インシリコスクリーニング臨床試験(またはインシリコテスト、インシリコトキシコロジー)は、説明するのが難しい概念です。科学者がゲーマーのように仮想的に結果を操作する “The Sims “の例は、おそらく良いスタート地点となるでしょう。ただ、そこには膨大な量のAIが関わっていることを、知っておいて下さい。

COVIDの蔓延を受けて、バイオ医薬品はインシリコに資源を投入しました。世界中がワクチンを求めていましたが、急いで展開すれば、ウイルスそのものよりも世界の人口にダメージを与えかねません。何千人もの人々が治験に申し込みましたが、科学者たちは、治療法が安全でなければ治験者の腕に注射を打つことができません。

インシリコが機能するためには、科学者はデータを必要とします。膨大な量のデータが必要です。シミュレーションやビジュアル化などのインシリコの手法を用いて、インビボ(in vivo)やインビトロ(in vitro)のデータを仮想環境でテストする非常にスマートなコンピュータモデルを作成します。

インシリコは、化学的特性が薬効にどのように影響するか、また、患者の吸収率がなぜ異なるかなど、他に類を見ない洞察を科学者にもたらします。そして、望ましくない化合物を排除し、現実の世界で薬を試すことができます。

 

インシリコの(非常に)簡単な歴史

インシリコは必要に迫られて登場しました。欧米の政府は90年代に早くも動物実験を禁止しており、米国ではいまだに動物実験を禁止する連邦法はありませんが、バイオ医薬品は何十年も前からその倫理的な意味を理解していました。動物実験ができないため、バイオ科学者はコンピュータ科学者に協力を仰ぎながら、医薬品の研究開発に必要な高度に複雑なシミュレーションシステムを開発しました。

コンピュータサイエンスの進歩と、動物実験に対する法制度や倫理的な対応が絶妙な相乗効果を生み、90年代から00年代にかけて、科学者たちは薬を開発し、最終的には配備することができました。しかし、2010年代に入ると、AIがゲームを変えました。科学者たちは、DNA配列、電子カルテ、社会経済的記録など、膨大な種類のデータを基にシミュレーションを行うことができるようになったのです。科学者たちは、これらのデータを “The Simpsons,”のフリンク教授のようにコンピュータシステムに入力し、この10年間で最も重要な医療試験の前に正確なモデルを作成しました。

 

COVID-19とインシリコ

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2020年4月1日、世界はほぼ停止していました。店舗はブラインドを下ろし、飛行機は飛ばずに滑走路に眠っていました。連邦政府、州政府、地方政府は自宅待機命令を出しました。「社会的距離を置く」「一時帰休」「前例のない」という言葉が一般的に使われるようになりました。アメリカの人口の20%が自宅で仕事をするようになり、この数字は翌月にはさらに増えることになります。

ワクチンに対する需要は、人類の文明の中で最も高いものでした。

バイオ医薬品には2つの選択肢がありました。

・いきなりヒトの臨床試験に突入し、人命を危険にさらす可能性を伴うが、最善の結果を期待すること。

・治療法がヒトの臨床試験段階に到達する前に、化学物質の安全性評価するインシリコに、より多くの時間と資源を投入する。

バイオ医薬品は後者を選択しました

COVIDワクチンの開発では、他の検査やスクリーニング方法が最も重要でした。しかし、インシリコはAIに大きく依存しているため、技術者にとっては魅力的なテーマとなっています。計算とモデル、そしてデータの操作がすべてです。インシリコには、複雑なコンピュータアルゴリズムがパンデミックを終わらせる力を持っているという、ある種のSF的な雰囲気があります。しかし、インシリコは非常に科学的な事実に基づいています。

2020年に向けて、この技術を使った研究者の例はたくさんあります。例えば、適応免疫系と自然免疫系、ウイルスの複製率、細胞の炎症性侵入を担うシステム、サイトカイン、凝固カスケード(血栓に関連するもの)などの要素を組み込んだ包括的なモデルを開発した科学者がいます。このモデルは、ワクチンを接種する患者を理解するための、臨床結果と治療反応を発見しました。他の科学者は、血清学的およびワクチンの攻撃目標を調べる分析プラットフォームを開発しました。

 

最後に

COVIDワクチン開発において、インシリコスクリーニングがどれほどの影響を与えているのかを評価するのは困難です。これは、現在看護師が患者の腕に注射しているワクチンの進化の一段階にすぎません。しかし、バイオ製薬会社が一般の人々に投与する前に仮想環境で薬をテストするようになるなど、将来の医学界ではコンピューターシミュレーションがより重要な役割を果たすようになると予想されます。まるで “StrangerVille “のように。

 

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