Korištenje umjetne inteligencije u borbi protiv reumatoidnog artritisa

Korištenje umjetne inteligencije u borbi protiv reumatoidnog artritisa

Fan Zhang, dr. sc., vidi umjetnu inteligenciju kao način pronalaženja učinkovitog načina za borbu protiv neukrotivog neprijatelja: reumatoidnog artritisa.

Zhang je docent na Odsjeku za reumatologiju na Odjelu za medicinu Sveučilišta Colorado, a također je povezan s Odjelom za biomedicinsku informatiku Medicinskog kampusa Cu Anschutz. Nedavno je primila vrlo konkurentnu potporu od Zaklade za artritis za daljnji rad na korištenju umjetne inteligencije za bolje predviđanje početka reumatoidnog artritisa (RA) kod određenih pacijenata, a novi rad dokumentira najnovije korake u njezinom radu.

Zhangov istraživački fokus je na razvijanju metoda koje uključuju računalno strojno učenje - koristeći algoritme iz podataka i predviđanja - za proučavanje RA i drugih autoimunih bolesti, oslanjajući se na velike kliničke i pretkliničke jednostanične skupove podataka. Ovaj bi rad mogao unaprijediti ciljane intervencije koje bi mogle spriječiti napredovanje bolesti.

Provedena su značajna istraživanja o tome kako liječiti pacijenta nakon postavljanja dijagnoze. Međutim, bilo je manje studija za razvoj strategija prevencije i razumijevanje kod kojih zdravih ljudi postoji rizik od razvoja RA u sljedećih nekoliko godina. Ovo je mnogo teže. Stoga smo usredotočeni na poboljšanje predviđanja bolesti i konačno omogućavanje prevencije ranih bolesti. “

Fan Zhang, PhD, docent na Odjelu za reumatologiju na Odjelu medicine Sveučilišta Colorado

Premošćivanje znanosti o podacima i translacijske medicine

RA je kronična autoimuna bolest, što znači da je to poremećaj u kojem tjelesni imunološki sustav greškom napada vlastita zdrava tkiva, uzrokujući upalu. Iako je RA često povezan s oticanjem, boli i ukočenošću zglobova, može utjecati na različite dijelove tijela, uključujući srce i pluća.

Procjenjuje se da oko 18 milijuna ljudi u svijetu živi s RA, od kojih 1,5 milijuna živi u Sjedinjenim Državama. Gotovo tri puta više žena ima ovaj poremećaj nego muškaraca.

Dostupni tretmani mogu smanjiti upalu i pružiti određeno olakšanje, ali ne postoje učinkoviti preventivni tretmani niti lijekovi. Uzrok je nejasan, iako je RA povezan s određenim genima koji mogu biti potaknuti nizom vanjskih čimbenika.

Istraživanja su pokazala da mnogi ljudi koji naposljetku razviju simptome reumatoidnog artritisa dožive imunološke abnormalnosti koje se mogu otkriti iako se krvni testovi pojave godinama prije simptoma. Međutim, duljina ovog "pretkliničkog" razdoblja bez simptoma može uvelike varirati, a neki ljudi s ovim abnormalnostima nikada ne razviju punu bolest.

Ono što je potrebno, kaže Zhang, su precizniji načini predviđanja koji će ljudi s pretkliničkim abnormalnostima - ili s obiteljskom poviješću RA - napredovati do potpunog razvoja bolesti i koliko brzo.

Zhang svoj rad opisuje kao "most" između znanosti o podacima i translacijske medicine.

"Naše je istraživanje vrlo interdisciplinarno", kaže Zhang. "Imamo podatke velikih razmjera od pacijenata s autoimunim bolestima, tako da možemo primijeniti naše AI alate na različite skupine pacijenata."

Zhangov tim analizira podatke o genetici, genomici, epigenetici, proteinima i drugim čimbenicima pojedinačnih stanica u različitim vremenskim točkama tijekom dugih vremenskih razdoblja – poznato kao jednostanično multimodalno sekvenciranje. "Stavljajući sve ove stvari zajedno, možemo se nadati da ćemo robusnije identificirati nove i točnije markere za predviđanje, u kombinaciji s kliničkim karakteristikama", kaže ona.

Zastavica važne imunološke promjene

Studija predstavljena u Zhangovom novom radu - "Duboka imunofenotipizacija otkriva cirkulirajuće aktivirane limfocite kod ljudi s rizikom od reumatoidnog artritisa" objavljena 17. ožujka u Journal of Clinical Investigation - pomogla je uspostaviti temelje za sljedeću fazu istraživanja, podržanu novom potporom Zaklade za artritis.

S ovim novim financiranjem, Zhangov laboratorij primijenit će svoje napredne računalne alate na složene skupove podataka prikupljene iz velikog pretkliničkog ispitivanja pod nazivom Stopra. Ovo će, kaže Zhang, ojačati njezinu suradnju s Cu reumatologom Kevinom Deaneom, dr.med., dok uspoređuju ljude koji su to učinili s onima koji nisu. Cilj je utvrditi promjene imunološkog sustava povezane s progresijom od pretkliničkog Rau artritisa do simptoma.

U ovom radu, financiranom od strane Nacionalnog instituta za zdravlje, Zhang i njezini kolege analizirali su ekspresiju RNA i proteina u stanicama kako bi usporedili ljude s rizikom od razvoja RA sa simptomima i zdrave ljude. Pronašli su "značajne" razlike u određenim tipovima imunoloških stanica, posebice širenje specifičnih podtipova T stanica, u rizičnoj skupini.

Ove bi stanice "mogle biti obećavajući pokazatelj" početka RA, kaže Zhang, i mogle bi dovesti do poboljšanih strategija prevencije. Ali ona kaže da je to "još daleko" i zahtijeva još veće i geografski raznolikije skupove podataka kako bi se utvrdilo jesu li rezultati koje vide održali.

Zhang je dopisni autor ovog rada; Postdoktorand njezinog laboratorija, Jun Inamo, MD, PhD, prvi je autor; a Deane i još jedan kolega reumatolog, V. Michael Holers, MD, su među starijim autorima.

Zhang, koji je bio u Cu Anschutzu nešto više od tri godine nakon postdoktorske stipendije na Medicinskom fakultetu Harvarda, kaže da je kampus Aurora pogodan za ovu vrstu suradnje, “sa svom stručnošću i resursima koji vas okružuju.

Izvori: