Folosind AI pentru a combate artrita reumatoidă

Folosind AI pentru a combate artrita reumatoidă

Fan Zhang, dr., vede inteligența artificială ca pe o modalitate de a găsi o modalitate eficientă de a combate un inamic intratabil: artrita reumatoidă.

Zhang este profesor asistent în Divizia de Reumatologie a Departamentului de Medicină al Universității din Colorado și este, de asemenea, afiliat cu Departamentul de Informatică Biomedicală din Campusul Medical Cu Anschutz. Ea a primit recent un grant extrem de competitiv de la Fundația pentru artrită pentru a-și continua activitatea în utilizarea AI pentru a prezice mai bine apariția poliartritei reumatoide (AR) la anumiți pacienți, iar o nouă lucrare documentează ultimii pași în munca ei.

Se concentrează cercetările lui Zhang pe dezvoltarea de metode care încorporează învățarea automată pe computer - folosind algoritmi din date și predicții - pentru a studia RA și alte boli autoimune, bazându-se pe seturi de date clinice și preclinice unicelulare la scară largă. Această activitate ar putea avansa intervenții direcționate care ar putea preveni progresia bolii.

Au fost făcute cercetări semnificative cu privire la modul de tratare a unui pacient după ce cineva este diagnosticat. Cu toate acestea, au existat mai puține studii pentru a dezvolta strategii de prevenire și pentru a înțelege care persoane sănătoase sunt expuse riscului de a dezvolta RA în următorii câțiva ani. Acest lucru este mult mai dificil. Așadar, ne concentrăm pe îmbunătățirea predicției bolilor și, în cele din urmă, să permitem prevenirea bolilor timpurii. „

Fan Zhang, dr., profesor asistent în Divizia de Reumatologie a Departamentului de Medicină al Universității din Colorado

Conectarea științei datelor cu medicina translațională

RA este o boală autoimună cronică, adică este o tulburare în care sistemul imunitar al organismului atacă în mod greșit propriile țesuturi sănătoase, provocând inflamație. Deși RA este adesea asociată cu umflarea, durerea și rigiditatea articulațiilor, poate afecta diferite părți ale corpului, inclusiv inima și plămânii.

Se estimează că aproximativ 18 milioane de oameni trăiesc cu RA în întreaga lume, dintre care 1,5 milioane trăiesc în Statele Unite. Aproape de trei ori mai multe femei au această tulburare decât bărbații.

Tratamentele disponibile pot reduce inflamația și pot oferi o oarecare alinare, dar nu există tratamente preventive eficiente și nici tratamente. Cauza este incertă, deși RA a fost legată de anumite gene care pot fi declanșate de o serie de factori externi.

Cercetările au arătat că mulți oameni care dezvoltă în cele din urmă simptome de RA se confruntă cu anomalii imunologice care pot fi detectate chiar dacă testele de sânge apar cu ani înainte de simptome. Cu toate acestea, durata acestei perioade „preclinice” fără simptome poate varia foarte mult, iar unii oameni cu aceste anomalii nu dezvoltă niciodată boala completă.

Ceea ce este necesar, spune Zhang, sunt modalități mai precise de a prezice care persoane cu anomalii preclinice - sau cu antecedente familiale de RA - vor progresa la o boală în general și cât de repede.

Zhang își descrie munca ca pe o „punte” între știința datelor și medicina translațională.

„Cercetarea noastră este foarte interdisciplinară”, spune Zhang. „Avem date la scară largă de la pacienți cu boli autoimune, astfel încât să putem aplica instrumentele noastre AI la diferite cohorte de pacienți.”

Echipa lui Zhang analizează datele despre genetică, genomică, epigenetică, proteine ​​și alți factori ai celulelor individuale în diferite momente în timp pe perioade lungi de timp - cunoscută sub numele de secvențiere multimodală cu o singură celulă. „Prin toate aceste lucruri împreună, putem spera să identificăm mai puternic markeri noi și mai precisi pentru predicție, combinați cu caracteristicile clinice”, spune ea.

Fanionul modificări imunologice importante

Studiul prezentat în noua lucrare a lui Zhang – „Imunofenotiparea profundă relevă limfocite activate circulante la persoanele cu risc de artrită reumatoidă”, publicată pe 17 martie în Journal of Clinical Investigation – a ajutat la stabilirea bazei următoarei faze de cercetare, susținută de un nou grant de la Fundația pentru artrită.

Cu această nouă finanțare, laboratorul lui Zhang își va aplica instrumentele avansate de calcul la seturi complexe de date colectate dintr-un studiu preclinic mare numit Stopra. Acest lucru, spune Zhang, îi va întări colaborarea cu reumatologul Cu Kevin Deane, MD, PhD, deoarece compară oamenii care au făcut-o cu cei care nu au făcut-o. Scopul este de a determina modificări ale sistemului imunitar asociate cu progresia de la artrita Rau preclinica la simptome.

În această lucrare, finanțată de o subvenție a Institutului Național de Sănătate, Zhang și colegii ei au analizat expresia ARN și a proteinelor în celule pentru a compara persoanele cu risc de a dezvolta RA cu simptome și persoanele sănătoase. Ei au descoperit diferențe „semnificative” în anumite tipuri de celule imunitare, în special în extinderea subtipurilor specifice de celule T, în grupul cu risc.

Aceste celule „ar putea fi un marker promițător” al debutului RA, spune Zhang, și ar putea duce la strategii îmbunătățite de prevenire. Dar ea spune că este „încă departe” și necesită seturi de date și mai mari și mai diverse din punct de vedere geografic pentru a determina dacă rezultatele pe care le văd rezistă.

Zhang este autorul corespondent al acestei lucrări; Colaboratorul ei postdoctoral al laboratorului ei, Jun Inamo, MD, PhD, este primul autor; si Deane si un alt coleg de reumatologie, V. Michael Holers, MD, sunt printre co-autori seniori.

Zhang, care a fost la Cu Anschutz timp de puțin peste trei ani după o bursă postdoctorală la Harvard Medical School, spune că campusul Aurora este potrivit pentru acest tip de colaborare, „cu toată expertiza și resursele din jurul tău.

Surse: