ИИ обнаруживает скрытые признаки заболевания до появления симптомов
Исследователи предполагают, что более тщательное изучение внутренней работы клеток может помочь врачам выявлять заболевания на более ранних стадиях и точнее подбирать пациентам эффективные методы лечения. Ученые создали инструмент искусственного интеллекта, способный обнаруживать маркеры заболеваний, которые ранее были скрыты в отдельных клетках.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, описывается, как новая система под названием DOLPHIN может в конечном итоге помочь врачам выявлять заболевания на ранних стадиях и принимать более обоснованные решения о стратегиях лечения.
«Этот инструмент может помочь врачам подбирать пациентам методы лечения, которые с наибольшей вероятностью окажутся эффективными, сокращая количество проб и ошибок в лечении», — сказал Цзюнь Дин, доцент кафедры медицины Университета Макгилла и младший научный сотрудник Научно-исследовательского института Медицинского центра Университета Макгилла.
По словам исследователей, маркеры заболеваний часто проявляются в виде едва заметных изменений в экспрессии РНК (рибонуклеиновой кислоты), давая представление о наличии заболевания, его потенциальной серьезности или о том, как оно может отреагировать на конкретные методы лечения.
Традиционные методы анализа на генном уровне, как правило, объединяют эти сигналы в единый подсчет для каждого гена, что может скрыть важные вариации и дать лишь ограниченное представление о том, что происходит внутри клетки.
Теперь, благодаря достижениям искусственного интеллекта, стало возможным фиксировать мельчайшие детали сложной структуры отдельных клеток. DOLPHIN выходит за рамки уровня генов, увеличивая масштаб, чтобы увидеть, как гены собираются из более мелких фрагментов, называемых экзонами, что позволяет получить более чёткое представление о состоянии клеток.
«Гены — это не просто один блок, они подобны конструкторам Lego, собранным из множества более мелких деталей», — сказал Кайлу Сонг, аспирант программы «Количественные науки о жизни» Университета Макгилла. «Изучая, как эти детали связаны между собой, наш инструмент выявляет важные маркеры заболеваний, которые долгое время оставались без внимания».
В одном из тестовых случаев искусственный интеллект DOLPHIN проанализировал данные отдельных клеток пациентов с раком поджелудочной железы и обнаружил более 800 маркеров заболевания, не учитываемых традиционными инструментами. Система смогла отличить пациентов с агрессивным раком высокого риска от пациентов с менее тяжёлыми формами рака, что помогло врачам выбрать правильный подход к лечению.
В более широком смысле, этот научный прорыв закладывает основу для достижения долгосрочной цели — создания цифровых моделей клеток человека. DOLPHIN генерирует более подробные профили отдельных клеток, по сравнению с традиционными методами, что позволяет проводить виртуальное моделирование поведения клеток и их реакции на лекарственные препараты до перехода к лабораторным или клиническим испытаниям, экономя время и деньги.
Следующим шагом исследователей станет расширение области действия инструмента с нескольких наборов данных до миллионов клеток, что в будущем проложит путь для более точных виртуальных моделей клеток.
