Iratkozzon fel hírlevelünkre 
Az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium (EMBL) kutatói egy különleges, mesterséges intelligencián alapuló rendszert fejlesztettek ki. A cél, hogy precízebben lássuk, mik azok a sejtszintű folyamatok, amelyek a rák kialakulásához vezetnek. Az új módszer lézerrel jelöli meg a gyanús sejteket, és segít feltárni a korai elváltozásokat a kromoszómákban.
A rák kialakulása a sejtekben kezdődik. A szervezetünk működését a DNS-ben tárolt genetikai utasítások irányítják. Ha ezekben az utasításokban hibák halmozódnak fel, a sejtek elveszíthetik a kontrollt, és daganat alakulhat ki. Ezt a folyamatot gyakran kísérik kromoszóma-rendellenességek, vagyis a kromoszómák számának vagy szerkezetének hibái.
Fotó: 3DMEDISPHERE/SCIENCE PHOTO LIBRA / SKX
A kutatók régóta sejtik, hogy ezek a hibák fontos szerepet játszanak a rák korai szakaszában.
Már több mint száz éve felmerült az ötlet, hogy a rendellenes kromoszómatartalmú sejtek állhatnak sok daganatos betegség hátterében.
Az EMBL heidelbergi laborjában most egy új, MAGIC nevű rendszer segít abban, hogy pontosabban megértsék a folyamatot. A név mögött egy olyan módszer áll, amely kombinálja az automatizált mikroszkópiát az egysejtes genetikai vizsgálattal és a mesterséges intelligenciával.
A rendszer úgy működik, mintha sejtszinten egy „lézeres célzójáték” zajlana: megkeresi, majd lézerrel megjelöli a gyanús sejteket. A cél, hogy a tudósok közelről kövessék, miként alakulnak ki a rákhoz vezető változások a sejtekben.
A rák kialakulása: miért ilyen nehéz észrevenni a korai hibákat?
Az egyik gond az, hogy a rákhoz köthető kromoszóma-rendellenességek ritkák. Egy adott pillanatban csak kevés sejt mutat ilyen eltérést, és sok közülük magától elpusztul. Régebben a kutatók mikroszkóp alatt, kézzel keresték ezeket a sejteket, ami lassú, fárasztó és pontatlan munka volt.
A MAGIC rendszer ezt a procedúrát váltja ki. A mesterséges intelligencia veszi át a keresés nagy részét, és folyamatosan figyeli a sejteket. Így sokkal több adat gyűjthető arról, miként kezdődik a rák, és hogyan viselkednek a sejtek a daganat kialakulása előtt.
Lézerrel megjelölik a gyanús sejteket
A kutatók egy mikronukleusz nevű sejtstruktúrára koncentráltak. Ez egy apró, külön kis „mag” a sejtben, amely a fő sejtmagról levált DNS-töredéket tartalmazza.
Azok a sejtek, amelyek mikronukleuszt hordoznak, gyakran új kromoszóma-rendellenességeket hoznak létre.
Emiatt nagyobb az esélyük arra, hogy rákos sejtté váljanak.
A MAGIC rendszert arra tanították, hogy ezeket a mikronukleuszokat felismerje a mikroszkópos képeken. A folyamat több lépésből áll, de a lényege egyszerű:
- egy automata mikroszkóp végigfotózza a sejtmintát,
- az AI-algoritmus átnézi a képeket, és megkeresi a mikronukleuszokat tartalmazó sejteket,
- majd a rendszer lézerrel megjelöli ezeket a sejteket.
A jelöléshez egy speciális festéket használnak, amely fény hatására megváltoztatja a színét. Így a gyanús sejtek később könnyen elkülöníthetők a többitől, és külön vizsgálhatók.
Százezres nagyságrendű sejtvizsgálat egyetlen nap alatt
Korábban csak néhány sejtet lehetett egyszerre részletesen elemezni.
A MAGIC automatizálja a keresést és a lézeres jelölést, ezért a kutatók most már egy nap alatt közel 100 000 sejtet tudnak megvizsgálni.
Ez óriási előrelépés a daganatkutatásban.
A rendszerrel tenyésztett, eredetileg egészséges emberi sejteket vizsgáltak. Kiderült, hogy a sejtosztódások valamivel több mint 10 százalékában magától kialakul valamilyen kromoszóma-rendellenesség. Ez az arány majdnem a duplájára nő, ha a sejtekben egy fontos gén, a p53 mutálódik. A p53 egy úgynevezett tumorszuppresszor gén, amely normál esetben segít megakadályozni a daganatképződést és a rák kialakulását.
A kutatók azt is nézték, hogyan hatnak a különböző DNS-törések a kromoszómákra, és hol alakulnak ki ezek a hibák. Mindez segít jobban megérteni, hogyan indul el a rák, és milyen lépések vezetnek a daganatos betegségekhez.
Hogyan hasznosíthatók a MAGIC-rendszer eredményei?
A MAGIC rendszer nem csak a rák vizsgálatára használható. A technika lényege, hogy az AI bármilyen jól látható sejtes jellegzetességre „betanítható”. Ha egy sejt valamilyen eltérése szabad szemmel vagy mikroszkóppal felismerhető, a mesterséges intelligencia is meg tudja tanulni a keresését.
Összességében a módszer más területeken is segíthet, nem csak a daganatos betegségek kutatásában.
A mostani eredmények közelebb visznek ahhoz, hogy a rák legkorábbi szakaszait jobban értsük. Ha a tudósok pontosabban látják, mi történik a sejtekben a folyamat elején, a jövőben könnyebb lehet a korai felismerés, és hatékonyabbá válhatnak a rák elleni kezelések is.
A teljes tanulmány a Nature magazinban olvasható.
Ismeretlen betegségek kutatása a mesterséges intelligencia segítségével
Már olyan mesterségesintelligencia-modell is létezik, amely megmondja, az emberi fehérjék egyes mutációi milyen valószínűséggel okoznak betegséget. A modell olyan mutációkkal is működik, amelyeket még senki eddig nem látott élő emberben.
