Inteligența artificială ajută la dezvoltarea tratamentelor personalizate pentru cancer prin analiza interacțiunilor celulare
Un nou studiu publicat în Nature Genetics arată că NicheCompass, un instrument bazat pe inteligență artificială (AI), poate analiza milioane de celule dintr-o probă de țesut prelevată de la un pacient în doar o oră. Acest sistem îi ajută pe cercetători să înțeleagă cum comunică celulele între ele și să descopere modificările care apar în boli precum cancerul. Spre exemplu, în cancerul pulmonar și cancerul de sân, acest instrument poate identifica variațiile specifice fiecărui pacient și poate evidenția noi direcții pentru dezvoltarea unor terapii personalizate.
Celulele din organism nu funcționează independent, ci interacționează prin mecanisme complexe de semnalizare chimică, formând micromedii celulare care influențează homeostazia și patologia țesuturilor. Deși tehnologiile actuale permit localizarea celulelor în cadrul unui țesut, ele oferă informații limitate despre dinamica interacțiunilor celulare. NicheCompass abordează această limitare prin analiza conexiunilor dintre celule și corelarea acestora cu datele altor pacienți, facilitând o înțelegere mai profundă a mecanismelor implicate în progresia bolilor.
Acest model de deep-learning este primul de acest tip care poate măsura și interpreta date despre comunicarea celulară la scară largă. Celulele transmit informații prin intermediul unor markeri moleculari, formând comunități specifice în cadrul țesuturilor. Prin analiza acestor interacțiuni, NicheCompass poate identifica modul în care cancerul afectează microambientul celular și cum răspunde sistemul imunitar la acesta. De exemplu, în studiul publicat, cercetătorii au descoperit un pacient cu cancer pulmonar la care răspunsul imun era diferit de cel al altor pacienți, sugerând posibile abordări terapeutice personalizate.
Pentru a valida acest sistem, cercetătorii au analizat probe de țesut tumoral, precum și un atlas al creierului de șoarece ce conținea 8.4 milioane de celule. NicheCompass a demonstrat capacitatea de a identifica rapid și precis structurile cerebrale și de a crea o hartă detaliată a organului, depășind limitările metodelor tradiționale care nu pot explora cu precizie relațiile complexe dintre celule.
Datorită acestei inovații, medicii pot introduce datele unui pacient și, în doar o oră, pot obține informații detaliate despre micromediul tumoral și interacțiuni la nivel celular, facilitând luarea unor decizii terapeutice precise. În plus, acesta nu se limitează doar la cancer, ci poate fi utilizat și în analiza bolilor neurologice, afecțiunilor autoimune și în medicina regenerativă, contribuind semnificativ la dezvoltarea unor tratamente personalizate și mai eficiente pentru fiecare pacient.
NicheCompass este un pachet software avansat, dezvoltat ca parte a Human Cell Atlas Initiative, ce permite analiza detaliată a datelor multi-omice spațiale. Acesta facilitează construirea de atlase spațiale, identificarea și caracterizarea microambienturilor celulare, precum și deducerea mecanismelor de comunicare dintre celule. Programul generează hărți de referință care permit o înțelegere profundă a arhitecturii țesuturilor analizate. NicheCompass se bazează pe platformele de înaltă performanță PyG și AnnData, care permit manipularea și analiza unor seturi mari de date biologice complexe. Instrumentul este dezvoltat și întreținut de Lotfollahi Lab din cadrul Wellcome Sanger Institute, în colaborare cu Institute of AI for Health de la Helmholtz Munich și Universitatea din Würzburg.
Citește și:
- Inteligența artificială accelerează procesul de selecție a pacienților pentru studiile clinice
- STUDIU. AI crește ratele de depistare a cancerului de sân și eficientizează munca radiologilor
- STUDIU. GPT-4 ar putea ajuta medicii să realizeze examinări fizice generale, pe baza simptomelor pacienților