Grafy založené na obrázkoch odhaľujú nové ciele pri liečbe srdcových chorôb

Grafy založené na obrázkoch odhaľujú nové ciele pri liečbe srdcových chorôb

Znalostné grafy sú výkonným nástrojom na zhromažďovanie informácií z biologických databáz a na prepojenie už známych poznatkov o génoch, chorobách, liečbe, molekulárnych dráhach a symptómoch v štruktúrovanej sieti. Doteraz chýbali podrobné, individuálne informácie o tom, ako postihnutý orgán vlastne vyzerá a funguje.

Najnovší výskum vedený postdoktorandským výskumníkom Dr. Khaledom Rjoobom a vedúcim skupiny profesorom Declanom O’Reganom zo skupiny Computational Cardiac Imaging Group v laboratóriu MRC Laboratory of Medical Sciences túto technológiu ďalej rozvinuli pridaním obrazových údajov do vedomostného grafu po prvýkrát. CardioKG poskytuje podrobný prehľad o štruktúre a funkcii srdca, čím výrazne zlepšuje presnosť predpovedania, ktoré gény sú spojené s chorobami a či by ich existujúce lieky mohli liečiť.

Zachytenie srdcových variácií

Na vývoj CardioKG tím použil údaje zo zobrazovania srdca od 4 280 účastníkov UK Biobank s fibriláciou predsiení, srdcovým zlyhaním alebo srdcovým infarktom, ako aj 5 304 zdravých účastníkov a zachytil zmeny v štruktúre a funkcii srdca. Celkovo bolo vygenerovaných a použitých na trénovanie modelu viac ako 200 000 obrázkov. Tím to integroval s údajmi z 18 rôznych biologických databáz a použil umelú inteligenciu (AI) na predpovedanie väzieb medzi génmi a chorobami, ako aj príležitostí na opätovné použitie liekov.

Jednou z výhod znalostných grafov je, že integrujú informácie o génoch, liekoch a chorobách. To znamená, že máte viac príležitostí na objavovanie nových terapií. Zistili sme, že začlenenie zobrazovania srdca do grafu zmenilo spôsob identifikácie nových génov a liekov.

Profesor Declan O’Regan, Computational Cardiac Imaging Group, MRC Laboratory of Medical Sciences

Predpovedanie nových drogových príležitostí

Model identifikoval zoznam nových génov spojených s ochorením a predpovedal dva lieky na liečbu srdcových ochorení; Metotrexát, liek na reumatoidnú artritídu, by mohol zlepšiť srdcové zlyhanie a gliptíny, používané na liečbu cukrovky, by mohli byť užitočné pri fibrilácii predsiení. Tím tiež urobil prekvapivý objav, že kofeín, ktorý robí srdce vzrušujúcejším, má ochranný účinok u pacientov s fibriláciou predsiení, ktorí majú nepravidelný a rýchly pulz.

„Vzrušujúce je, že v tejto oblasti existujú ďalšie nedávne štúdie, ktoré podporujú naše predbežné výsledky,“ hovorí Declan. "To zdôrazňuje obrovský potenciál znalostných grafov pri odhaľovaní existujúcich liekov, ktoré by sa mohli použiť ako nové liečebné postupy."

Rozšírenie technológie na ďalšie orgány

CardioKG ponúka technológiu proof-of-concept, ktorá môže ísť ďaleko za srdce. Výskumníci by teraz mohli vyvinúť znalostné grafy, ktoré integrujú zobrazovacie údaje všade tam, kde existuje zobrazovanie orgánov, čo znamená, že rovnaký prístup by sa mohol použiť na skenovanie mozgu, na zobrazovanie telesného tuku alebo na iné orgány a tkanivá, aby preskúmali nové terapeutické možnosti v oblastiach, ako je demencia alebo obezita.

Schopnosť týchto znalostných grafov generovať presné a rýchle zoznamy vysoko prioritných génov naprieč celým radom chorôb by farmaceutickým spoločnostiam poskytla cenný východiskový bod, zvýraznenie biologických cieľov, ktoré môžu preskúmať, overiť a potenciálne rozvinúť do nových terapií oveľa efektívnejšie ako tradičné metódy objavovania.

„Na základe tejto práce rozšírime vedomostný graf do dynamického rámca zameraného na pacienta, ktorý zachytáva progresiu choroby v reálnom svete,“ hovorí Khaled. "To otvorí nové príležitosti pre personalizovanú liečbu a predpovedanie, kedy sa ochorenie pravdepodobne vyskytne."

Túto štúdiu podporili Medical Research Council, British Heart Foundation, Bayer AG a Biomedicínske výskumné centrum Imperial College Národného inštitútu pre výskum zdravia a starostlivosti (NIHR).

Okrem svojej úlohy v LMS je Declan profesorom kardiovaskulárnej AI v British Heart Foundation a vedúcim klinických tém pre Centrum excelentnosti výskumu British Heart Foundation v Imperial's National Heart and Lung Institute.

Zdroje: