באמצעות אור אינפרא אדום ולמידת מכונה, חוקרים פיתחו שיטה למסך ביעילות את בריאות האדם והסטיות שלה ברמת האוכלוסייה.
דמיינו תרחיש שבו טיפת דם אחת מספקת תובנות בריאותיות מקיפות בתוך דקות. הודות להתקדמות המדעית האחרונה, חזון זה עשוי להפוך למציאות. מדענים מצוות BIRD בראשות Mihaela Zigman ב- Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) ומכון מקס פלנק לאופטיקה קוונטית (MPQ), בשיתוף עם Helmholtz Zentrum München, פיתחו כלי לבדיקת בריאות המשתמשת באור אינפרא אדום ובמכונה. ללמוד לזהות מצבים בריאותיים מרובים עם מדידה אחת בלבד.
ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, טכניקה המשתמשת באור אינפרא אדום כדי לנתח את ההרכב המולקולרי של חומרים, היא כלי יסוד בכימיה במשך עשרות שנים. זה כמו לתת למולקולות טביעת אצבע שניתן להעביר על ידי מכונה מיוחדת הנקראת ספקטרומטר. כאשר מיושמת על נוזלים ביולוגיים מורכבים כמו פלזמה בדם, טכניקה פיזיקו-כימית זו יכולה לחשוף מידע מפורט על אותות מולקולריים, מה שהופך אותה לכלי מבטיח לאבחון רפואי. למרות השימוש הממושך שלה בכימיה ובתעשייה, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום לא הוקמה ולא השתלבה בקאנון של אבחון רפואי.
בהנהגת Mihaela Žigman, צוות מדענים מקבוצת BIRD ב-LMU ו-MPQ יזם מאמץ להתמודד עם בעיה זו. לאחר שהקימו בעבר שיטה למדידת פלזמה אנושית, הם שיתפו פעולה עם הצוות של אנט פיטרס מהלמהולץ מינכן כדי לפתח טביעות אצבע מולקולריות אינפרא אדום על אוכלוסייה מגוונת באופן טבעי. זה כלל מדידת דם מאלפי אנשים במחקר KORA, פרויקט מחקר בריאותי מקיף שהוקם באוגסבורג, גרמניה. מבוגרים שנבחרו באקראי נבחרו כתרחיש מייצג לאוכלוסייה משתנה באופן טבעי וגויסו לבדיקות רפואיות ותרומות דם.
יישומים פוטנציאליים נרחבים
מה ערכה של העבודה הנוכחית? מחקר KORA הקיים קיבל ערך חדש כאשר הוא נבדק מנקודת מבט חדשה ושימש מטרה חדשה: יותר מ-5,000 דגימות פלזמה בדם נמדדו באמצעות ספקטרוסקופיה של פורייה טרנספורמציה אינפרא אדום (FTIR). טארק אייסה וכריסטינה לאונרדו מצוות BIRD ב-LMU ניתחו את דגימות הדם ממחקר KORA באמצעות אור אינפרא אדום כדי לקבל טביעות אצבע מולקולריות. הצוות יישם למידת מכונה כדי לנתח את טביעות האצבע המולקולריות ותאם אותן עם נתונים רפואיים. הם גילו שטביעות האצבע הללו מכילות מידע רב ערך המאפשר בדיקת בריאות מהירה. אלגוריתם מחשב מרובה משימות שמסוגל כעת להבחין בין מצבי בריאות שונים, כולל רמות חריגות של שומנים בדם, שינויים שונים בלחץ הדם, ראיית סוכרת מסוג 2 אך גם לזהות אפילו טרום סוכרת, מבשר לסוכרת לעתים קרובות שלא מזוהה.
מעניין לציין שהאלגוריתם יכול גם לייחד אנשים שהיו בריאים ונשארו בריאים לאורך השנים שנחקרו. זה היה משמעותי מאוד משתי סיבות: ראשית, רוב האנשים בכל אוכלוסייה אקראית חווים שינויים בריאותיים חריגים ובהתחשב בעובדה שכולנו שונים, כמו גם שכולנו משתנים עם הזמן, זה כמעט טריוויאלי למצוא אנשים בריאים לחלוטין. שנית, אנשים רבים סובלים ממצבים מרובים בשילובים שונים. באופן מסורתי, הרופאים היו צריכים בדיקה חדשה עבור כל מחלה. עם זאת, גישה חדשה זו לא מציינת רק מצב אחד בכל פעם – היא מזהה במדויק מגוון בעיות בריאותיות. מערכת המונעת על ידי למידה מכונה לא רק מזהה אנשים בריאים אלא גם מזהה מצבים מורכבים הכרוכים במספר מחלות בו זמנית. יתר על כן, הוא יכול לחזות התפתחות של תסמונת מטבולית שנים לפני הופעת התסמינים, מה שמספק חלון להתערבויות.
מחקר זה מניח את הבסיס לטביעת אצבע מולקולרית אינפרא אדום להפוך לחלק שגרתי של בדיקת בריאות, ומאפשר לרופאים לזהות ולנהל מצבים בצורה יעילה יותר, אומרים החוקרים. זה חשוב במיוחד עבור הפרעות מטבוליות כמו הפרעות בכולסטרול וסוכרת, שבהן התערבויות בזמן ויעילות יכולות לשפר משמעותית את התוצאות. עם זאת, היישומים הפוטנציאליים של טכנולוגיה זו מתרחבים אף יותר. ככל שהחוקרים ימשיכו לשכלל את המערכת ולהרחיב את יכולותיה, באמצעות פיתוח טכנולוגי וביסוסן במסגרת מחקרים קליניים, כך יתווסף מצבי בריאות ושילוביהם לרפרטואר האבחוני, כך מקווים החוקרים. זה יכול להוביל לניטור בריאות מותאם אישית, שבו אנשים בודקים באופן קבוע את מצבם הבריאותי ותופסים בעיות פוטנציאליות הרבה לפני שהם הופכים רציניים.
לסיכום, השילוב של ספקטרוסקופיה אינפרא אדום עם למידת מכונה אמור לשנות אבחון בריאותי, מאמינים החוקרים. עם טיפה אחת של דם ואור אינפרא אדום, יהיה כלי חדש ורב עוצמה כדי לעקוב אחר הבריאות שלנו, לתפוס בעיות בצורה יעילה יותר ולשפר את שירותי הבריאות בעולם.
