Искусственный интеллект DOLPHIN обнаружил сотни невидимых маркеров рака

ИИ DOLPHIN от университета Макгилла раскрывает скрытые клеточные секреты, преобразуя методы обнаружения и лечения болезней. Автор: Shutterstock

Исследователи из университета Макгилла разработали инструмент искусственного интеллекта, способный обнаруживать ранее невидимые маркеры заболеваний внутри отдельных клеток.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, учёные продемонстрировали, как инструмент под названием DOLPHIN в будущем может использоваться врачами для более раннего выявления заболеваний и выбора вариантов лечения.

«Этот инструмент обладает потенциалом помочь врачам подбирать пациентам терапии, которые с наибольшей вероятностью подействуют на них, сокращая метод проб и ошибок в лечении», — заявил старший автор работы Цзюнь Дин, доцент кафедры медицины университета Макгилла и младший научный сотрудник Научно-исследовательского института Центра здоровья университета Макгилла.

Приближаясь к генетическим строительным блокам

Маркеры заболеваний часто представляют собой тонкие изменения в экспрессии РНК, которые могут указывать на наличие болезни, её потенциальную тяжесть или то, как она может реагировать на лечение.

Исследователи пояснили, что традиционные методы анализа на уровне генов объединяют эти маркеры в единый подсчёт на ген, маскируя критически важные вариации и захватывая лишь верхушку айсберга.

Теперь достижения в области искусственного интеллекта позволили уловить тонкую сложность данных одиночных клеток. DOLPHIN выходит за рамки уровня генов, приближаясь к тому, чтобы увидеть, как гены «сращиваются» из более мелких фрагментов, называемых экзонами, что обеспечивает более чёткое представление о состояниях клеток.

«Гены — это не просто один блок, они похожи на наборы Lego, состоящие из множества мелких деталей, — сказал первый автор Кайлу Сон, аспирант программы количественных наук о жизни университета Макгилла. — Наблюдая за тем, как эти детали соединяются, наш инструмент раскрывает важные маркеры заболеваний, которые долгое время упускались из виду».

В одном тестовом случае DOLPHIN проанализировал данные единичных клеток пациентов с раком поджелудочной железы и обнаружил более 800 маркеров заболевания, пропущенных традиционными инструментами. Он смог отличить пациентов с высокорисковыми, агрессивными формами рака от тех, у кого случаи были менее тяжёлыми. Эта информация помогла бы врачам выбрать правильный путь лечения.

Шаг к «виртуальным клеткам»

В более широком смысле этот прорыв закладывает основу для достижения долгосрочной цели — создания цифровых моделей человеческих клеток. DOLPHIN генерирует более богатые профили одиночных клеток по сравнению с традиционными методами, что позволяет проводить виртуальное моделирование поведения клеток и их реакции на лекарства до перехода к лабораторным или клиническим испытаниям, экономя время и деньги.

Следующим шагом исследователей станет расширение охвата инструмента с нескольких наборов данных до миллионов клеток, прокладывая путь к созданию более точных моделей виртуальных клеток в будущем.

Об исследовании

Исследование «DOLPHIN продвигает транскриптомику одиночных клеток за пределы уровня генов, используя чтения экзонов и соединений» Кайлу Сон, Цзюнь Дин и др. было опубликовано в журнале Nature Communications.

Эта работа была поддержана кафедрой респираторных исследований Микинса-Кристи, Канадскими институтами исследований в области здравоохранения, Советом по естественным и инженерным исследованиям Канады и Фондом исследований Квебека.

ИИ: Это действительно впечатляющее достижение, которое может кардинально изменить диагностику и персонализированное лечение рака. Возможность выявлять сотни ранее скрытых маркеров на клеточном уровне открывает путь к гораздо более точной медицине. Особенно важно, что это может сократить период проб и ошибок в подборе терапии для онкологических пациентов, что критически важно при агрессивных формах рака.