機械学習で薬剤の組み合わせ発見を加速する

セント・ジュード小児研究病院の科学者らが本日公開したスクリーニング・プラットフォームのおかげで、効果的な薬剤の組み合わせの発見がより簡単になる可能性がある。がんを含む多くの病気では、効果的な治療計画を作成するために、各部分の合計以上の効果がある複数の薬剤の組み合わせが必要です。しかし、新薬と潜在的な組み合わせの数が爆発的に増加し、従来のスクリーニング方法は実用的ではなくなりました。そのニーズに応えるために、セント ジュードの研究者らは、機械学習と特殊な液体処理技術を組み合わせて、より大きな組み合わせスクリーンを可能にするプラットフォームである Combocat を作成しました。このプラットフォームの機能は、Nature Communications に掲載されました。

「創薬の分野には、膨大な数の潜在的な組み合わせに対処する方法がありません。スクリーニングには非現実的な量の実験材料が必要になります」と、セント・ジュード計算生物学部の上級共著者であるポール・ギレハー博士は述べた。 「私たちは、最小限のリソースを使用し、科学者が膨大な数の薬剤の組み合わせをテストできるように、Combocat を設計して、相乗効果が最も期待できる組み合わせを迅速に指名してさらに探索できるようにしました。」

「機械学習と薬剤調剤技術の最先端の手法を結び付けて、ハイスループットな組み合わせスクリーニングを強化することで、以前は実現不可能だった規模で実験を実行できました」と、筆頭著者で共同責任著者のチャーリー・ライト博士（セント・ジュード計算生物学部）は述べた。

プラットフォームの機能の原理を証明するために、研究者らは神経芽腫癌細胞株に対して 9,045 組の薬剤をテストしました。このスクリーニングにより、強力な相乗効果を持つ複数の薬物ペアが明らかになり、上位の結果は追加の実験で確認されました。その結果、Combocat が有望な薬剤の組み合わせを大規模に効率的に発見できることが実証されました。

規模を達成するために、Combocat は小型薬剤の調剤と機械学習を統合しています。薬剤の調剤では、音波テクノロジーにより、カスタマイズされた効率的な実験レイアウトが可能になります。 「私たちは、音波を使用して薬物の小さな液滴を非常に正確に移送する音響リキッドハンドラーを組み込みました」とライト氏は語った。 「必要な各液体を正確に最小限で使用するため、従来のピンやピペットベースの技術よりもはるかに少ない材料の使用が可能になり、テスト可能な組み合わせの数が増加します。」

機械学習は、Combocat の 2 つのモードの 1 つである「密モード」を使用して、その「疎モード」を通知することで、全体像を埋めるのに役立ちます。高密度モードでは、研究者らは各薬剤の組み合わせについて可能なすべての用量組み合わせを測定しました。この密モードと並行して、疎モードでは、元のデータのほんの一部から完全な結果を予測することで、さらに厳密なリソース管理が可能になります。スパース モード モデルは、プラットフォームのデンス モード アプローチで生成された何百もの薬物組み合わせ実験でトレーニングされました。研究者らが機械学習の予測を測定値と比較したところ、それらの予測が非常に一貫性があり、このアプローチに自信が持てることがわかりました。

「私たちは 2 つのスクリーニング『モード』を作成し、それらの間に何らかのトレードオフを設けました」と Geeleher 氏は言います。 「私たちはスケールに合わせてスパースモードのアプローチを最適化しましたが、詳細を効率と引き換えにします。一方、デンスモードを最適化して超信頼性の測定値を取得するのはスケールアップできません。しかし、Combocat はそれらを組み合わせてより多くの組み合わせを分析し、従来のアプローチよりも迅速に検証できることを示しました。」

Combocat はセント・ジュードの薬物併用療法革新の伝統を引き継ぎ、がん研究者だけでなく、新しい治療法を必要とするあらゆる疾患の組み合わせを簡単にスクリーニングする方法を提供します。

「私たちは、創薬分野の強力な標準となり得る、無料でオープンソースで非常に使いやすいプラットフォームを作成しました」と Geeleher 氏は述べています。 「Combocat は、潜在的に安全で効果的な薬剤の組み合わせの特定を迅速化するのに役立ち、最終的には臨床現場で有用で診療を変える可能性のある新しい薬剤の組み合わせを生み出す可能性があります。」

Combocat には次の場所からアクセスできます。 combocat.stjude.org。

ライト WC、パン M、フェルプス GA、ロー J、カリエ D、サンジャリ A、トロッター M、ファン J、チャップル RH、リュー X、ベネット D、チャン Y、リー RE、チェン T、ゲレハー P.
オープンソースのスクリーニング プラットフォームにより、薬剤の組み合わせの発見が加速されます。
ナットコミューン。 2025 年 12 月 15;16(1):11005。土井： 10.1038/s41467-025-66223-8