רשת עצבית המבוססת על אינטליגנציה מלאכותית ראשונה מסוגה יכולה לנתח ולפרש במהירות מיליוני תאים מדגימת חולה, ולחזות שינויים מולקולריים ברקמה. זה יכול להצביע על היכן טיפולים מותאמים אישית יכולים להיות היעילים ביותר עבור מצבים כמו סרטן.
NICHECOMPASS ממנפת את כוחו של AI הגנרי ליצור בסיס נתונים חזותי המשלב נתונים גנומיים מרחביים על סוגי תאים, שם הם נמצאים וכיצד הם מתקשרים. נוצר על ידי חוקרים במכון וולקום סנגר, מכון AI לבריאות בהלמהולץ מינכן, אוניברסיטת וירצבורג, ומשתפי הפעולה שלהם כחלק מיוזמת אטלס התאים האנושיים הרחבים, זוהי שיטת ה- AI הראשונה המסוגלת למדידה ופירוש טווח נתונים של רשת חברתית של A Cell כדי לזהות ולנתח את אנליזת השכנות הסלולריות.
מאמר חדש, שפורסם היום (18 במרץ) ב גנטיקה של טבעמציג את NicheCompass ומפרט כיצד הוא יכול לחשוף שינויים ברקמות בקרב חולי סרטן השד והריאות. החוקרים מראים כיצד NicheCompass יכולים לזהות כיצד אנשים מסוימים עשויים להגיב באופן שונה לטיפול – הכל תוך שעה, דרך כוחו של AI. בסופו של דבר זה יסייע בפיתוח תוכניות טיפול בהתאמה אישית, תוך הדגשת שינויים ספציפיים שניתן למקד במצבים כמו סרטן.
כל תא בגוף האדם מתקשר עם סביבתו ומעורב ברשת אינטראקציות גדולה יותר. לתאים כולם תכונות המאפשרות להכיר בהן כחלק מרשתות התקשורת שלהם, כמו אילו חלבונים יש להם על פני השטח שלהם. אפשר לחבר תאים דומים דרך התכונות שלהם.
טכנולוגיות גנומיות חד-תאיות ומרחביות חוללו מהפכה בהבנתנו את גוף האדם, ואיפשרו יצירת אטלס תאים מעמיק מרובים של רקמות ואיברים שונים.
אטלסים אלה מכילים מידע על ריבוי סוגי התאים, היכן הם נמצאים וכיצד שינויים גנטיים יכולים להשפיע על האופן בו הם מתקשרים זה עם זה. על ידי הבנת האופן בו גוף האדם עובד ברמה התאית, הוא יכול ליידע את ההבנה שלנו על מה שקורה במחלה, ולהדגיש יעדים חדשים להתפתחות תרופות.
אמנם אטלסים אלה כוללים מידע על היכן נמצאים תאים וכיצד הם מתקשרים בשכונות או ברשתות הספציפיות שלהם, אך קשה לכמת ולפרש את השכונות הללו ולהבין מה מניע את האינטראקציות החברתיות של התאים.
במחקר חדש, חוקרי מכון סנגר ומשתפי הפעולה שלהם מציגים את NicheCompass, מודל AI למידה עמוקה המבוסס על תקשורת תא לתא. המשמעות היא שהיא לומדת כיצד תאים שונים מתקשרים דרך הרשתות שלהם ואז מיישרים את אלה עם רשתות דומות של תאים, ויוצרים שכנים ברקמות באמצעות תכונות משותפות.
מכאן, NicheCompass יכולה לפרש את הנתונים, ומאפשרת לחוקרים וקלינאים לשאול שאלות על הנתונים ולהבין טוב יותר את מצבי הבריאות. לדוגמא: 'כיצד מתקשרים תאי סרטן עם הסביבה סביבם בחולים עם סרטן ריאות?'.
באמצעות NicheCompass, החוקרים שילבו נתונים של 10 חולים עם סרטן ריאות והצליחו לראות את הדמיון וההבדלים בין יחידים. קווי הדמיון עוזרים ליידע את ההבנה הכללית שלנו על סרטן, כמו גם להדגיש את כל השינויים התמלוליים שעשויים להועיל למקד בטיפולים חדשים. באופן יחסי, ההבדלים מדגישים דרכים אפשריות חדשות לרפואה בהתאמה אישית.
ניתן לכלול נתוני מטופלים נוספים, כך שקלינאים יכולים להזין את נתוני המטופלים שלהם ותוך שעה לקבל מידע מעמיק על מצב אינדיבידואלי, ולסייע בהנחיית החלטות קליניות.
הצוות השתמש גם ב- NicheCompass ברקמות סרטן השד, ומראה את יעילותו בסוגים שונים של סרטן.
הם גם יישמו רשת זו על אטלס מרחבי במוח עכבר עם 8.4 מיליון תאים, והיא הצליחה לזהות במהירות ובנכון את קטעי המוח וליצור משאב חזותי של האיבר כולו. זה מדגים כיצד ניתן ליישם אותו על אטלסים מרחביים של איברים שלמים שנוצרו על ידי חוקרים ברחבי העולם.
קיום כמות עצומה של נתונים על גוף האדם הוא קריטי למציאת דרכים חדשות להבין, למנוע ולטפל במחלות. עם זאת, אנו זקוקים גם לכלים המאפשרים לנו לגשת לכל היתרונות שהמידע הזה יכול לספק. NicheCompass הוא קפיצת מדרגה משמעותית בתחום זה, ממנפת את כוחו של AI אך מציעה גם פרשנות, ומאפשרת לחוקרים וקלינאים לשאול שאלות על הנתונים שלהם ולהבין טוב יותר ולטפל במחלות. "
סבסטיאן בירק, הסופר הראשון במכון AI לבריאות, הלמהולץ מינכן ומכון וולקום סנגר
ד"ר קרלוס טלורה-לופז, סופר סניור משותף באוניברסיטת וירצבורג, אמר: "בעזרת NicheCompass, הצלחנו לראות את ההבדלים באופן שבו תאים חיסוניים מתקשרים עם גידולים בסרטן הריאות בחולים. לחשוף דרכים חדשות לרתום את מערכת החיסון בסרטן מסוים, ויוצרים טיפולים בהתאמה אישית המסמיכים את מערכת החיסון של המטופל למקד ישירות למנגנוני הסרטן. "
ד"ר מוחמד לוטפולאהי, סופר סניור משותף במכון וולקום סנגר, אמר: "אנשים לעתים קרובות מתקשרים לרשתות שלהם עם מגוון של מידע שונה. הם עשויים לחלוק התפתחויות מהעבודה, או תמונות של חגים שלהם, ובעוד שאלו עשויים להיות בתכונות שונות, הם יכולים להתייחס לניתוק לאדם אחד לאדם אחד. תקשורת תאית-תאית היא דומה לתאים. NicheCompass הוא מודל ה- AI הראשון מסוגו שיכול לפרש רשתות אלה ולענות על שאלות שיכולות להשפיע ישירות על חיי המטופלים, כמו הדגשת היכן וכיצד החלו מצבים בריאותיים, ולחזות כיצד הם עשויים להגיב לטיפולים מסוימים. "
