Un nuovo metodo di intelligenza artificiale può rilevare le sostanze chimiche tossiche

Le sostanze chimiche sono ampiamente utilizzate nella società e si trovano in ogni cosa, dai prodotti per la casa ai processi industriali. Molte sostanze chimiche finiscono nei nostri corsi d'acqua e negli ecosistemi, dove possono avere effetti negativi sull'uomo e su altri organismi. Un esempio è rappresentato dai PFAS, un gruppo di sostanze problematiche che recentemente sono state trovate in concentrazioni preoccupanti sia nelle acque sotterranee che nell'acqua potabile. Sono stati utilizzati, ad esempio, nelle schiume antincendio e in molti prodotti di consumo.

Gli effetti negativi sull'uomo e sull'ambiente si verificano nonostante le ampie normative sulle sostanze chimiche, che spesso richiedono lunghi test sugli animali per dimostrare quando le sostanze chimiche possono essere considerate sicure. Solo nell'UE, ogni anno vengono utilizzati più di due milioni di animali per rispettare le varie normative. Allo stesso tempo, le nuove sostanze chimiche vengono sviluppate a ritmo serrato e determinare quali di esse debbano essere sottoposte a restrizioni a causa della loro tossicità per l'uomo e per l'ambiente rappresenta una grande sfida.

Un valido aiuto per lo sviluppo di prodotti chimici

Il nuovo metodo sviluppato dai ricercatori svedesi utilizza l'intelligenza artificiale per valutare la tossicità chimica in modo rapido ed economico. Può quindi essere utilizzato per identificare precocemente le sostanze tossiche e ridurre la necessità di test sugli animali.

"Il nostro metodo è in grado di prevedere se una sostanza è tossica o meno in base alla sua struttura chimica. È stato sviluppato e perfezionato analizzando grandi serie di dati di test di laboratorio effettuati in passato. Il metodo è stato addestrato a fornire stime accurate anche per sostanze chimiche non testate in precedenza", afferma Mikael Gustavsson, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze Matematiche della Chalmers University of Technology e il Dipartimento di Biologia e Scienze Ambientali dell'Università di Göteborg.

"Attualmente esistono più di 100.000 sostanze chimiche sul mercato, ma solo una piccola parte di esse ha una tossicità ben descritta per l'uomo e l'ambiente. Valutare la tossicità di tutte queste sostanze chimiche con i metodi convenzionali, compresi i test sugli animali, è praticamente impossibile. Questo dimostra che il nostro metodo può offrire una nuova alternativa", afferma Erik Kristiansson, professore alla Facoltà di Scienze Matematiche di Chalmers e all'Università di Göteborg.

I ricercatori ritengono che il metodo possa essere molto utile per la ricerca ambientale e per le autorità e le aziende che utilizzano o sviluppano nuove sostanze chimiche. Hanno quindi resi pubblicamente accessibili.

Più completo e accurato degli attuali strumenti di calcolo

Esistono già strumenti computerizzati per il rilevamento di sostanze chimiche tossiche, ma finora il loro campo di applicazione era troppo ristretto o la loro accuratezza troppo bassa per sostituire i test di laboratorio su larga scala. I ricercatori hanno confrontato il loro metodo con altri tre strumenti computerizzati comunemente utilizzati e hanno scoperto che il nuovo metodo è più preciso e più ampiamente applicabile.

"Il tipo di IA che utilizziamo si basa su metodi avanzati di apprendimento profondo", afferma Erik Kristiansson. "I nostri risultati dimostrano che i metodi basati sull'IA sono già in grado di tenere il passo con gli approcci computazionali convenzionali e, con l'aumento della quantità di dati disponibili, ci aspettiamo che i metodi di IA migliorino ulteriormente. Pertanto, riteniamo che l'IA abbia il potenziale per migliorare significativamente la valutazione computazionale della tossicità chimica".

I ricercatori prevedono che i sistemi di intelligenza artificiale saranno in grado di sostituire sempre di più gli esami di laboratorio.

"Ciò significherebbe che il numero di esperimenti sugli animali e i costi economici dello sviluppo di nuove sostanze chimiche potrebbero essere ridotti. La capacità di pre-testare rapidamente insiemi di dati ampi e diversificati può quindi supportare lo sviluppo di sostanze chimiche nuove e più sicure e aiutare a trovare sostituti per le sostanze tossiche attualmente utilizzate. Riteniamo quindi che i metodi basati sull'intelligenza artificiale contribuiranno a ridurre l'impatto negativo dell'inquinamento chimico sull'uomo e sui servizi ecosistemici", afferma Erik Kristiansson.

Fonte: www.chalmers.se