AI használata a rheumatoid arthritis leküzdésére

AI használata a rheumatoid arthritis leküzdésére

Fan Zhang, PhD a mesterséges intelligenciában látja a hatékony módszert a leküzdhetetlen ellenség, a reumás ízületi gyulladás elleni küzdelemben.

Zhang a Colorado Egyetem Orvostudományi Tanszékének reumatológiai részlegének adjunktusa, valamint a Cu Anschutz Medical Campus Orvosbiológiai Informatikai Tanszékének tagja. A közelmúltban rendkívül versenyképes támogatást kapott az Arthritis Foundation-től, hogy elősegítse a mesterséges intelligencia használatával kapcsolatos munkáját, hogy jobban előre jelezze a rheumatoid arthritis (RA) kialakulását bizonyos betegeknél, és egy új dokumentum dokumentálja munkája legújabb lépéseit.

Zhang kutatása a számítógépes gépi tanulást magában foglaló módszerek kifejlesztésére irányul – adatokból és előrejelzésekből származó algoritmusok segítségével – az RA és más autoimmun betegségek tanulmányozására, nagyszabású klinikai és preklinikai egysejtű adatkészletekre támaszkodva. Ez a munka elősegítheti a célzott beavatkozásokat, amelyek megakadályozhatják a betegség progresszióját.

Jelentős kutatásokat végeztek arra vonatkozóan, hogyan kell kezelni a beteget, miután valakit diagnosztizáltak. Mindazonáltal kevesebb tanulmány készült a megelőzési stratégiák kidolgozására és annak megértésére, hogy mely egészséges embereknél van kitéve az RA kialakulásának a következő néhány évben. Ez sokkal nehezebb. Ezért a betegségek előrejelzésének javítására és végső soron a korai betegségek megelőzésének lehetővé tételére összpontosítunk. "

Fan Zhang, PhD, a Colorado Egyetem Orvostudományi Tanszékének reumatológiai osztályának adjunktusa

Az adattudomány és a transzlációs medicina összekapcsolása

Az RA egy krónikus autoimmun betegség, vagyis olyan rendellenesség, amelyben a szervezet immunrendszere tévedésből megtámadja saját egészséges szöveteit, gyulladást okozva. Bár az RA gyakran társul duzzanattal, fájdalommal és ízületi merevséggel, a test különböző részeit érintheti, beleértve a szívet és a tüdőt.

Becslések szerint világszerte körülbelül 18 millió ember él RA-val, akik közül 1,5 millió az Egyesült Államokban él. Majdnem háromszor annyi nő szenved ebben a betegségben, mint férfi.

A rendelkezésre álló kezelések csökkenthetik a gyulladást és némi enyhülést nyújthatnak, de nincsenek hatékony megelőző kezelések és gyógymódok. Az ok bizonytalan, bár az RA-t bizonyos génekhez kapcsolták, amelyeket számos külső tényező válthat ki.

A kutatások kimutatták, hogy sok embernél, akiknél végül RA-tünetek alakulnak ki, olyan immunológiai rendellenességek tapasztalhatók, amelyek akkor is kimutathatók, ha a vérvizsgálat évekkel a tünetek megjelenése előtt megjelenik. Ennek a tünetmentes „preklinikai” periódusnak a hossza azonban nagyon változó lehet, és néhány ilyen rendellenességben szenvedő embernél soha nem alakul ki a teljes betegség.

Zhang szerint pontosabb módszerekre van szükség annak megjósolására, hogy a preklinikai rendellenességekkel küzdő – vagy a családban előfordult RA-s betegek – milyen gyorsan fejlődnek ki teljes körű betegséggé.

Zhang úgy írja le munkáját, mint „híd” az adattudomány és a transzlációs medicina között.

„Kutatásunk nagyon interdiszciplináris” – mondja Zhang. "Nagyszabású adatokkal rendelkezünk autoimmun betegségben szenvedő betegekről, így mesterséges intelligencia eszközeinket különböző betegcsoportokra tudjuk alkalmazni."

Zhang csapata az egyes sejtek genetikájára, genomikájára, epigenetikájára, fehérjére és egyéb tényezőire vonatkozó adatokat elemzi az egyes sejtek különböző időpontjaiban, hosszú időn keresztül – ez az úgynevezett egysejtű multimodális szekvenálás. „Ha mindezt összeadjuk, abban reménykedhetünk, hogy a klinikai jellemzőkkel kombinálva robusztusabban azonosíthatunk új és pontosabb markereket az előrejelzéshez” – mondja.

Fontos immunológiai változások

A Zhang új munkájában bemutatott tanulmány – „A mély immunfenotípus vizsgálat kimutatja a keringő aktivált limfocitákat a rheumatoid arthritis kockázatának kitett emberekben” március 17-én jelent meg a Journal of Clinical Investigation folyóiratban – segített megalapozni a kutatás következő szakaszát, amelyet az Arthritis Foundation új támogatása támogat.

Ezzel az új finanszírozással Zhang laboratóriuma fejlett számítási eszközeit alkalmazza a Stopra nevű nagy preklinikai vizsgálat során gyűjtött összetett adatkészletekre. Zhang szerint ez megerősíti együttműködését Kevin Deane Cu-reumatológussal, MD, PhD, mivel összehasonlítják azokat az embereket, akik ezt csinálták, azokkal, akik nem. A cél az immunrendszer változásainak meghatározása, amelyek a preklinikai Rau ízületi gyulladástól a tünetekig terjednek.

Ebben a tanulmányban, amelyet a National Institutes of Health támogatása finanszírozott, Zhang és munkatársai az RNS és a fehérje expresszióját elemezték a sejtekben, hogy összehasonlítsák az RA kialakulásának kockázatának kitett embereket a tünetekkel és az egészségesekkel. „Szignifikáns” különbségeket találtak bizonyos típusú immunsejtekben, különösen a specifikus T-sejt-altípusok elterjedésében a veszélyeztetett csoportban.

Ezek a sejtek "ígéretes markerei lehetnek" az RA kialakulásának, mondja Zhang, és jobb megelőzési stratégiákhoz vezethetnek. De azt mondja, hogy ez "még odébb van", és még nagyobb és földrajzilag változatosabb adatkészletekre van szükség annak meghatározásához, hogy az általuk látott eredmények megállják-e a helyüket.

Zhang ennek a tanulmánynak a megfelelő szerzője; Laboratóriumának posztdoktori munkatársa, Jun Inamo, MD, PhD, az első szerző; valamint Deane és egy másik reumatológus kolléga, V. Michael Holers, MD, a társszerzők közé tartoznak.

Zhang, aki alig több mint három évig volt a Cu Anschutzban a Harvard Medical School posztdoktori ösztöndíja után, azt mondja, hogy az Aurora campus alkalmas az ilyen típusú együttműködésre, „az Önt körülvevő összes szakértelemmel és erőforrással együtt.

Források: