Uporaba AI za boj proti revmatoidnemu artritisu

Uporaba AI za boj proti revmatoidnemu artritisu

Fan Zhang, PhD, vidi umetno inteligenco kot način za iskanje učinkovitega načina za boj proti nepremagljivemu sovražniku: revmatoidnemu artritisu.

Zhang je docent na oddelku za revmatologijo na oddelku za medicino Univerze v Koloradu in je tudi povezan z oddelkom za biomedicinsko informatiko na medicinskem kampusu Cu Anschutz. Nedavno je prejela zelo konkurenčno donacijo Arthritis Foundation za nadaljnje delo pri uporabi umetne inteligence za boljše napovedovanje pojava revmatoidnega artritisa (RA) pri določenih bolnikih, nov dokument pa dokumentira najnovejše korake v njenem delu.

Zhangov raziskovalni poudarek je na razvoju metod, ki vključujejo računalniško strojno učenje – z uporabo algoritmov iz podatkov in napovedi – za preučevanje RA in drugih avtoimunskih bolezni, pri čemer se zanašajo na obsežne klinične in predklinične enocelične podatkovne nize. To delo bi lahko pospešilo ciljne posege, ki bi lahko preprečili napredovanje bolezni.

Opravljene so bile pomembne raziskave o tem, kako ravnati z bolnikom, potem ko je nekomu postavljena diagnoza. Vendar pa je bilo opravljenih manj študij za razvoj preventivnih strategij in razumevanje, pri katerih zdravih ljudeh obstaja tveganje za razvoj RA v naslednjih nekaj letih. To je veliko težje. Zato se osredotočamo na izboljšanje napovedovanja bolezni in na koncu omogočimo preprečevanje zgodnjih bolezni. “

Fan Zhang, doktor znanosti, docent na oddelku za revmatologijo na oddelku za medicino Univerze v Koloradu

Premostitev podatkovne znanosti s translacijsko medicino

RA je kronična avtoimunska bolezen, kar pomeni, da gre za motnjo, pri kateri imunski sistem telesa pomotoma napade lastna zdrava tkiva in povzroči vnetje. Čeprav je RA pogosto povezan z otekanjem, bolečino in okorelostjo sklepov, lahko prizadene različne dele telesa, vključno s srcem in pljuči.

Ocenjuje se, da približno 18 milijonov ljudi živi z RA po vsem svetu, od tega 1,5 milijona v ZDA. To motnjo ima skoraj trikrat več žensk kot moških.

Razpoložljiva zdravljenja lahko zmanjšajo vnetje in zagotovijo nekaj olajšanja, vendar ni učinkovitih preventivnih zdravljenj in ni zdravil. Vzrok je negotov, čeprav je RA povezan z nekaterimi geni, ki jih lahko sprožijo številni zunanji dejavniki.

Raziskave so pokazale, da veliko ljudi, ki na koncu razvijejo simptome revmatoidnega artritisa, doživi imunološke nepravilnosti, ki jih je mogoče odkriti, čeprav se krvni testi pojavijo leta pred simptomi. Vendar se lahko dolžina tega "predkliničnega" obdobja brez simptomov zelo razlikuje in nekateri ljudje s temi nepravilnostmi nikoli ne razvijejo popolne bolezni.

Kar je potrebno, pravi Zhang, so natančnejši načini za napovedovanje, kateri ljudje s predkliničnimi nepravilnostmi - ali z družinsko anamnezo revmatoidnega artritisa - bodo napredovali v popolno bolezen in kako hitro.

Zhang svoje delo opisuje kot "most" med podatkovno znanostjo in translacijsko medicino.

"Naše raziskave so zelo interdisciplinarne," pravi Zhang. "Imamo obsežne podatke bolnikov z avtoimunskimi boleznimi, tako da lahko naša orodja AI uporabimo za različne skupine bolnikov."

Zhangova ekipa analizira podatke o genetiki, genomiki, epigenetiki, beljakovinah in drugih dejavnikih posameznih celic na različnih točkah v dolgih časovnih obdobjih - znano kot enocelično multimodalno zaporedje. "Če združimo vse te stvari, lahko upamo, da bomo robustneje identificirali nove in natančnejše označevalce za napovedovanje v kombinaciji s kliničnimi značilnostmi," pravi.

Zastavica pomembne imunološke spremembe

Študija, predstavljena v Zhangovem novem delu - "Globoka imunofenotipizacija razkriva kroženje aktiviranih limfocitov pri ljudeh, pri katerih obstaja tveganje za revmatoidni artritis", objavljena 17. marca v Journal of Clinical Investigation - je pomagala vzpostaviti temelje za naslednjo fazo raziskav, podprto z novo donacijo Arthritis Foundation.

S tem novim financiranjem bo Zhangov laboratorij uporabil svoja napredna računalniška orodja za kompleksne nize podatkov, zbrane iz velikega predkliničnega preskušanja, imenovanega Stopra. Zhang pravi, da bo to okrepilo njeno sodelovanje z dr. Kevinom Deanom, revmatologom Cu, saj primerjata ljudi, ki so to storili, s tistimi, ki niso. Cilj je določiti spremembe imunskega sistema, povezane z napredovanjem od predkliničnega Rau artritisa do simptomov.

Zhang in njeni sodelavci so v tem dokumentu, ki ga je financirala donacija Nacionalnega inštituta za zdravje, analizirali ekspresijo RNA in beljakovin v celicah, da bi primerjali ljudi, pri katerih obstaja tveganje za razvoj RA, s simptomi in zdrave ljudi. Ugotovili so "pomembne" razlike v določenih vrstah imunskih celic, zlasti v širjenju specifičnih podtipov celic T, v ogroženi skupini.

Zhang pravi, da so te celice "lahko obetaven marker" za nastanek RA in bi lahko pripeljale do izboljšanih preventivnih strategij. Vendar pravi, da je "še daleč" in zahteva še večje in bolj geografsko raznolike nize podatkov, da bi ugotovili, ali rezultati, ki jih vidijo, držijo.

Zhang je ustrezni avtor tega prispevka; Podoktorski sodelavec njenega laboratorija, dr. med. Jun Inamo, je prvi avtor; Deane in še en revmatološki kolega, V. Michael Holers, dr. med., sta med soavtorji.

Zhang, ki je bil v Cu Anschutzu nekaj več kot tri leta po podoktorski štipendiji na medicinski šoli Harvard, pravi, da je kampus Aurora primeren za to vrsto sodelovanja, »z vsem strokovnim znanjem in viri, ki vas obdajajo.

Viri: