Nieuw onderzoek: Veiligheid van chemicaliën voorspellen met kunstmatige intelligentie

Ontox

Kunstmatige intelligentie ontwikkelen die gevaarlijke eigenschappen van chemicaliën detecteert én voorspelt welke toxische effecten ze in de mens veroorzaken: dat is het doel van een internationaal onderzoeksproject, waaraan onderzoekers van het lectoraat Innovative Testing in Life Sciences & Chemistry deelnemen. Volgens de onderzoekers is toxicologisch onderzoek op basis van kunstmatige intelligentie accurater én toekomstbestendiger dan onderzoek met proefdieren.

Om gevaarlijke eigenschappen van chemicaliën en potentiële effecten daarvan op mensen in kaart te brengen, wordt veelal gebruik gemaakt proefdierexperimenten. Vanuit het internationale onderzoeksproject ONTOX wordt gewerkt aan een alternatief op basis van kunstmatige intelligentie. “De AI die we gaan ontwikkelen, moet mensen ondersteunen die beslissen over het al dan niet toelaten van bepaalde stoffen en chemicaliën op de markt”, vertelt onderzoeker Marc Teunis. “Het unieke aan dit project is dat we een vorm van AI ontwikkelen die bruikbaar is voor zowel de detectie van gevaarlijke eigenschappen van chemicaliën, als de risico-evaluatie van die eigenschappen voor de mens.”

"We moeten af van proefdieronderzoek in de toxicologie"

“We moeten af van proefdieronderzoek in de toxicologie”, vult lector Raymond Pieters aan. “We kunnen gevaren en effecten van stoffen en chemicaliën bij mensen simpelweg niet goed nabootsen met proefdieronderzoek. Deze vorm van kunstmatige intelligentie gaat ons daar hopelijk wel bij helpen.”

Lever, nier en brein

De onderzoekers richten zich op effecten van chemicaliën in de lever, de nieren en het ontwikkelende brein. In de lever ontstaat veel toxiciteit, omdat stoffen en chemicaliën daar via de orale route als eerst aankomen en er veel stofwisseling plaatsvindt. Naar de nieren wordt met speciale interesse gekeken omdat opeenhopende stoffen en chemicaliën er zeer specifieke toxische effecten kunnen veroorzaken. Ook is er speciale aandacht voor effecten van stoffen in het ontwikkelende brein. “Negatieve effecten op cognitieve vermogens willen we als mensheid vanuit zowel maatschappelijk als ethisch oogpunt koste wat het kost voorkomen”, licht Marc toe. “Denk aan de zorgen over mogelijke effecten van lood in drinkwater op de hersenen van jonge kinderen. Dat soort risico’s vinden we onacceptabel.”

"Internationaal samenwerken draagt bij aan snelle acceptatie van nieuwe technologie"

Bouwstenen verzamelen

ITLSC-onderzoekersDe HU-onderzoekers buigen zich in de eerste fase van het project over de benodigde input voor de kunstmatige intelligentie. Uit wetenschappelijke literatuur wordt informatie verzameld over de aard en bekende effecten van chemische stoffen en de interactie met organismen of cellen. Ook wordt er gekeken naar dosis-effectrelaties, met andere woorden: bij welke dosis treedt welk effect op? Tot slot wordt genetische data toegevoegd die informatie bevat over de gevoeligheid van specifieke organismes voor bepaalde stoffen. Op basis van al die data gaat de kunstmatige intelligentie patronen herkennen en voorspellingen doen die menselijke beslissingen over gevaardetectie en risico-evaluatie kunnen ondersteunen.

Internationaal samenwerken

“Het is van cruciaal belang dat dit een breed internationaal onderzoeksproject is”, vinden Raymond en Marc. “Als je niet internationaal samenwerkt, krijg je de rare situatie dat stoffen op de ene plek al op de markt zijn, terwijl er elders nog wordt getest of gesproken over goedkeuring. Diezelfde situatie zie je nu ook bij de goedkeuring van coronavaccins wereldwijd. We werken daarom samen met een heleboel onderzoeksinstellingen uit Europa en één uit Amerika, maar ook met regelgevende instanties zoals het Europees Geneesmiddelenagentschap (EMA) en de industrie. Dat draagt hopelijk bij aan de snelle acceptatie van deze nieuwe technologie.”

"We werken aan het terugdringen van dierproeven en aan betere methodes om mens en milieu gezond te houden"

De betrokken HU-onderzoekers hebben een belangrijke rol in het verspreiden van de kennis die wordt opgedaan. Dat gebeurt onder meer door middel van workshops en trainingen voor partners van regelgevende instanties en uit de industrie. “Voor AI geldt dat je goed moet kunnen uitleggen hoe het precies werkt”, licht Marc toe. “Door transparant te zijn over hoe je te werk bent gegaan en hoe de kunstmatige intelligentie is opgebouwd, neem je mogelijke scepsis weg.” Ook wordt de opgedane kennis geïntegreerd in het curriculum van de opleidingen waaraan de onderzoekers verbonden zijn. “We willen zowel docenten als studenten zoveel mogelijk bij het project betrekken”, vertelt Raymond.

Gezondheid van mens en milieu

“Het project sluit goed aan bij de ambities van het lectoraat”, vertellen Raymond en Marc. “De ontwikkeling van deze AI past in het grotere plaatje waarin we werken aan het terugdringen van dierproeven en aan betere methodes om zowel mens als milieu gezond te houden. Eerder ontvingen we in dat kader al een NWA-subsidie voor het bouwen van een Virtual Human Platform.”
-
Het ONTOX-project bestaat uit de Vrije Universiteit Brussel, Université de Liège, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Universidad de Valencia, Hogeschool Utrecht, Universiteit Maastricht, Universiteit Utrecht, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Slovak Academy of Sciences, Altertox Academy, 3Rs Management and Consulting ApS, EsqLABS GmbH, Molecular Networks GmbH, Norwegian Institute of Public Health, ProtoQSAR SL, Bayer Pharma AG, ToxTrack Inc.

Deel dit artikel