Ερευνητές του Πανεπιστημίου McGill έχουν αναπτύξει ένα εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να ανιχνεύσει δείκτες ασθενειών που προηγουμένως ήταν αόρατοι μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, οι ερευνητές καταδεικνύουν πώς το εργαλείο, που ονομάζεται DOLPHIN, θα μπορούσε μια μέρα να χρησιμοποιηθεί από τους γιατρούς για την έγκαιρη διάγνωση ασθενειών και την καθοδήγηση των θεραπευτικών επιλογών.
«Αυτό το εργαλείο έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει τους γιατρούς να ταιριάξουν τους ασθενείς με τις θεραπείες που είναι πιο πιθανό να λειτουργήσουν για αυτούς, μειώνοντας τις δοκιμές και τα λάθη στη θεραπεία», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Jun Ding, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Ιατρικής του McGill.
Εστίαση στα γενετικά δομικά στοιχεία
Οι δείκτες ασθένειας είναι συχνά λεπτές αλλαγές στην έκφραση του RNA που μπορούν να υποδείξουν πότε υπάρχει μια ασθένεια, πόσο σοβαρή μπορεί να γίνει ή πώς μπορεί να ανταποκριθεί στη θεραπεία.
Οι συμβατικές μέθοδοι ανάλυσης σε επίπεδο γονιδίων συγκεντρώνουν αυτούς τους δείκτες σε έναν μόνο αριθμό ανά γονίδιο, καλύπτοντας κρίσιμες παραλλαγές και καταγράφοντας μόνο την κορυφή του παγόβουνου, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Τώρα, οι πρόοδοι στην τεχνητή νοημοσύνη έχουν καταστήσει δυνατή την καταγραφή της λεπτομερούς πολυπλοκότητας των δεδομένων ενός μεμονωμένου κυττάρου. Το DOLPHIN προχωρά πέρα από το επίπεδο των γονιδίων, εστιάζοντας για να δει πώς τα γονίδια συνενώνονται από μικρότερα κομμάτια που ονομάζονται εξόνια, ώστε να παρέχει μια σαφέστερη εικόνα της κατάστασης των κυττάρων.
«Τα γονίδια δεν είναι μόνο ένα δομικό στοιχείο, είναι σαν σετ Lego που αποτελούνται από πολλά μικρότερα κομμάτια», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Kailu Song, διδακτορικός φοιτητής στο πρόγραμμα Quantitative Life Sciences του McGill. «Μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται αυτά τα κομμάτια, το εργαλείο μας αποκαλύπτει σημαντικούς δείκτες ασθενειών που έχουν παραβλεφθεί για πολύ καιρό».
Σε μια δοκιμαστική περίπτωση, το DOLPHIN ανέλυσε δεδομένα μονοκυττάρων από ασθενείς με καρκίνο του παγκρέατος και εντόπισε περισσότερους από 800 δείκτες ασθενειών που δεν είχαν εντοπιστεί από τα συμβατικά εργαλεία. Ήταν σε θέση να διακρίνει τους ασθενείς με υψηλού κινδύνου, επιθετικούς καρκίνους από εκείνους με λιγότερο σοβαρές περιπτώσεις, πληροφορίες που θα βοηθούσαν τους γιατρούς να επιλέξουν τη σωστή θεραπευτική αγωγή.
Ένα βήμα προς τα «εικονικά κύτταρα»
Σε ευρύτερο επίπεδο, η σημαντική αυτή ανακάλυψη θέτει τα θεμέλια για την επίτευξη του μακροπρόθεσμου στόχου της δημιουργίας ψηφιακών μοντέλων ανθρώπινων κυττάρων. Το DOLPHIN δημιουργεί πλουσιότερα προφίλ μεμονωμένων κυττάρων από τις συμβατικές μεθόδους, επιτρέποντας εικονικές προσομοιώσεις του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα συμπεριφέρονται και ανταποκρίνονται στα φάρμακα πριν προχωρήσουν σε εργαστηριακές ή κλινικές δοκιμές, εξοικονομώντας χρόνο και χρήμα.
Το επόμενο βήμα των ερευνητών θα είναι να επεκτείνουν την εμβέλεια του εργαλείου από μερικά σύνολα δεδομένων σε εκατομμύρια κύτταρα, ανοίγοντας το δρόμο για πιο ακριβή εικονικά μοντέλα κυττάρων στο μέλλον.
