Nový nástroj AI vizualizuje „sociální síť“ buňky, která pomáhá léčit rakovinu

Neuronová síť založená na umělé inteligenci (AI) založená na první straně může rychle analyzovat a interpretovat miliony buněk ze vzorku pacienta a předpovídat molekulární změny v tkáni. Může potenciálně určit, kde by personalizovaná léčba mohla být nejúčinnější pro podmínky, jako je rakovina.

Nichecompass využívá sílu generativní AI k vytvoření vizuální databáze kombinující prostorová genomická data o typech buněk, kde jsou nalezeny a jak komunikují.

Vytvořeno vědci z Institutu Wellcome Sanger Institute, Institutu AI pro zdraví v Helmholtz Mnichov, University of Würzburg, a jejich spolupracovníky v rámci širší iniciativy pro lidské buňky, je to první metoda AI schopná měřit a interpretovat řadu dat z buněčné sítě, aby rozpoznala a analyzovala různé buněčné sousedství.

Nový papír, publikovaný v Přírodní genetikapředstavuje Nichecompass a podrobně popisuje, jak může odhalit změny tkáně napříč prsem a Pacienti s rakovinou plic. Vědci ukazují, jak může Nichecompass identifikovat, jak mohou někteří lidé na léčbu reagovat odlišně – za jednu hodinu, prostřednictvím síly AI. Nakonec to pomůže vyvinout personalizované terapeutické plány a zdůraznit konkrétní změny, které by mohly být zaměřeny na podmínky, jako je rakovina.

Každá buňka v lidském těle komunikuje se svým prostředím a je zapojena do větší sítě interakcí. Všechny buňky mají vlastnosti, které jim umožňují rozpoznat jako součást jejich komunikačních sítí, jako jsou proteiny, které mají na svém povrchu. Je možné připojit podobné buňky prostřednictvím jejich vlastností.

Jednobuněčné a prostorové genomické technologie revolucionizovaly naše chápání lidského těla a umožnily vytvoření více hloubkových buněčných atlasů různých tkání a orgánů.

Tyto atlasy obsahují informace o množství množství typy buněkkde jsou a jak mohou genetické změny ovlivnit to, jak spolu navzájem interagují. Pochopením toho, jak lidské tělo pracuje na buněčné úrovni, může informovat naše chápání toho, co se děje u nemocí, a zdůraznit nové cíle pro vývoj léčiv.

Zatímco tyto atlasy obsahují informace o tom, kde jsou nalezeny buňky a jak interagují ve svých specifických čtvrtích nebo sítích, je obtížné tyto čtvrti kvantifikovat a interpretovat a pochopit, co řídí sociální interakce buněk.

Ve své studii vědci Sanger Institute a jejich spolupracovníci představují Nichecompass, hluboký model AI, který je založen na komunikaci mezi buňkami. To znamená, že se učí, jak různé buňky komunikují prostřednictvím svých sítí, a poté je sladí s podobnými sítěmi buněk a vytváří sousedy v tkáních prostřednictvím sdílených funkcí.

Z toho může Nichecompass interpretovat data, což umožňuje vědcům a klinickým lékařům klást otázky ohledně údajů a lépe porozumět zdravotním podmínkám. Například: „Jak komunikují rakovinné buňky s prostředím kolem nich u pacientů s rakovinou plic?“

Pomocí Nichecompassu vědci kombinovali data od 10 pacientů s rakovinou plic a byli schopni vidět podobnosti a rozdíly mezi jednotlivci. Podobnosti pomáhají informovat naše obecné porozumění rakovině a také zdůraznit jakékoli transkripční změny, které by mohly být užitečné pro cíl v nových ošetřeních. Ve srovnání s tím rozdíly zdůrazňují nové možné cesty pro personalizovanou medicínu.

Mohou být zahrnuty další údaje o pacientech, takže lékaři mohou zadat vlastní údaje o pacientech a za jednu hodinu dostávat podrobné informace o individuálním stavu, což pomáhá vést klinická rozhodnutí.

Tým také použil Nichecompass na tkáni rakoviny prsu a vykazoval jeho účinnost u různých typů rakoviny.

Tuto síť také aplikovali na myší mozkový prostorový atlas s 8,4 miliony buněk a dokázal rychle a správně identifikovat mozkové řezy a vytvořit vizuální zdroj celého orgánu. To ukazuje, jak může být aplikován na prostorové atlasy celých orgánů generovaných vědci po celém světě.

Sebastian Birk, první autor Institutu AI pro zdraví, Helmholtz Mnichov a Wellcome Sanger Institute, řekl: „Mít obrovské množství údajů o lidském těle je zásadní pro nalezení nových způsobů, jak porozumět a léčit nemoci.

„Nichecompass je v této oblasti významným skokem, využívá sílu AI, ale také nabízí interpretovatelnost, což umožňuje vědcům a klinickým lékařům klást otázky o jejich datech a lépe porozumět a léčit nemoci.“

Dr. Carlos Talavera-López, autor spolu-senior na University of Würzburg, řekl: „Pomocí Nichecompass jsme byli schopni vidět rozdíly v tom, jak Imunitní buňky Interakce s nádory rakoviny plic u pacientů.

„Tato aplikace v reálném světě nejen odhalila nové informace, které přispívají k našemu kolektivnímu porozumění rakovině, ale také zdůraznila jednoho pacienta, jehož rakovina interagovala s imunitním systémem odlišně.

„V budoucnu by Nichecompass mohl pomoci odhalit nové způsoby, jak využít imunitní systém u určitých rakovin a vytvořit osobní ošetření, které zmocňují imunitní systém pacienta k přímému zaměření na mechanismy rakoviny.“

Dr. Mohammad Lotfollahi, autor spolu-senior v Institutu Wellcome Sanger Institute, řekl: „Lidé často komunikují se svými sítí s řadou různých informací. Mohou sdílet vývoj z práce nebo obrázky svých svátků, a přestože by to mohlo být pro různé přátele, mohou být všichni vystopováni zpět k jednomu jednotlivci.

„Komunikace mezi buňkami je podobná. Buňky by mohly používat různé funkce ke komunikaci se svou sociální sítí, vytváření komunit nebo sítí v jejich místní oblasti.

„Nichecompass je první model AI svého druhu, který dokáže interpretovat tyto sítě a odpovídat na otázky, které by mohly přímo ovlivnit životy pacienta, jako je zdůraznění, kde a jak začaly zdravotní podmínky, a předpovídat, jak mohou reagovat na určité léčby.“