ИИ вместо опытов над животными: нейросеть МАИ и Сколтеха оперативно оценивает токсичность веществ на основе наночастиц

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

Учёные из Московского авиационного института и Сколтеха создали нейросеть, которая позволяет оперативно определять уровень токсичности веществ на основе наночастиц оксидов железа. Такие наночастицы перспективны для медицины: в частности, они используются для адресной доставки лекарств в нужную область организма – например, к раковой опухоли – с помощью магнитного поля.

Разработка даёт возможность оперативно проверять новые лекарственные препараты без дорогостоящих лабораторных тестов. Также она полностью исключает необходимость в экспериментах на животных. Проект реализован при поддержке Российского научного фонда, партнёрами выступают НИИ скорой помощи им. Н. В. Склифосовского, МГУ имени М. В. Ломоносова и институты РАН. 

– Наша методология позволяет заменить длительные эксперименты на животных по оценке экотоксичности наночастиц на быстрый, точный и гуманный цифровой процесс, – отмечает профессор кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ, доктор химических наук Камиля Кыдралиева. – Для фармацевтических и производственных компаний это означает, что они могут не тратить недели и месяцы на поиск эффективных химических структур, экономя огромные бюджеты на лабораторные тесты, инфраструктуру и персонал.

В отличие от зарубежных аналогов, которые оценивают лишь отдельные параметры, российская разработка анализирует и условия создания частиц, и их итоговое биологическое воздействие. Такой комплексный подход позволяет получить более достоверные результаты.

В основе нейросети — обширная база данных, включающая результаты многолетних исследований специалистов МАИ и сведения из международной базы EnviroTox — признанного отраслевого ресурса по токсикологическим и экологическим характеристикам веществ.

Нейросеть работает с данными инфракрасного спектра и рентгенофазового анализа вещества. ИК-спектр — это своеобразный паспорт соединения, который получают при воздействии на образец инфракрасным излучением. Отдельные химические элементы в молекуле по-разному поглощают энергию излучения, что позволяет сформировать «отпечаток» в виде набора полос (пиков поглощения), уникальный для каждого конкретного состава. Рентгенофазовый анализ, в свою очередь, проводится под воздействием рентгеновского излучения и даёт информацию о взаимном расположении атомов в молекуле. Нейросеть обрабатывает эти данные как визуальные изображения, выявляя скрытые закономерности.

Ключевое преимущество алгоритма — он не просто выдает заключение о риске для здоровья или его отсутствии, а указывает, какие именно фрагменты молекулы ответственны за токсичность. Это позволяет целенаправленно корректировать состав вещества уже на этапе проектирования.

На сегодняшний день разработка завершена. Поскольку одна из целей проекта – сделать науку в области нанотоксикологии более доступной для всех, от студенческих до профессиональных команд, решение выложено на открытой платформе GitHub. До конца 2028 года команда разработчиков планирует оформить патент на нейросетевой алгоритм и расширить его возможности, чтобы проводить оценку и других видов наноматериалов.