Un nou model AI prezice răspândirea cancerului cu o acuratețe uimitoare
Oamenii de știință au dezvoltat un sistem de inteligență artificială (AI) care analizează semnături complexe de expresie genetică pentru a estima probabilitatea ca o tumoare de cancer să se răspândească, relatează SciTechDaily.
De ce unele tumori se răspândesc în întregul organism, în timp ce altele rămân „limitate” la locul lor de origine? Oamenii de știință nu înțeleg încă pe deplin procesele care determină celulele canceroase să facă metastaze. Totuși, găsirea răspunsului la această întrebare este esențială pentru îmbunătățirea modului în care sunt tratați pacienții.
Cercetători de la Universitatea din Geneva (UNIGE) au investigat această problemă folosind celule prelevate din cancere de colon și au identificat factori specifici care influențează probabilitatea ca o tumoare să se răspândească.
Echipa a descoperit de asemenea semnături genetice care ajută la estimarea riscului de metastază. Pe baza acestor descoperiri, cercetătorii au dezvoltat un instrument de inteligență artificială numit MangroveGS, care transformă aceste informații biologice în predicții pentru numeroase tipuri de cancer, cu o fiabilitate remarcabilă. Studiul, publicat în revista Cell Reports, ar putea duce la îngrijiri medicale mai personalizate și ar putea ajuta oamenii de știință să descopere noi ținte terapeutice.
„Originea cancerului este adesea atribuită unor «celule rebele»”, afirmă Ariel Ruiz i Altaba, profesor în cadrul Departamentului de Medicină Genetică al Facultății de Medicină a UNIGE, care a condus studiul. „Totuși, cancerul ar trebui înțeles mai degrabă ca o formă distorsionată a dezvoltării”, argumentează acesta.
În acest sens, cancerul nu apare la întâmplare, ci urmează un proces biologic organizat. „Provocarea este, prin urmare, să găsim cheile pentru a înțelege logica și forma acestui proces. Iar, în cazul metastazelor, să identificăm caracteristicile celulelor care se vor desprinde din tumoare pentru a crea o alta în altă parte a organismului”, mai spune Altaba.
Identificarea celulelor de cancer metastatice
Metastazele sunt responsabile pentru majoritatea deceselor cauzate de cancer, în special în cazurile de cancer de colon, cancer de sân și cancer pulmonar. În prezent, cel mai timpuriu semn detectabil al metastazei este prezența celulelor tumorale circulante în sânge sau în sistemul limfatic. Totuși, în momentul în care aceste celule pot fi detectate, ele au început probabil să se răspândească în organism.
Oamenii de știință au învățat multe despre mutațiile genetice care duc la formarea tumorilor primare. Cu toate acestea, cercetătorii nu au identificat o singură schimbare genetică care să explice de ce unele celule canceroase părăsesc tumoarea originală, în timp ce altele rămân pe loc.
„Dificultatea constă în faptul că trebuie să determinăm identitatea moleculară completă a unei celule – o analiză care o distruge – în timp ce observarea funcției sale necesită ca ea să rămână vie”, explică profesorul Ruiz i Altaba.
Echipa de cercetători condusă de acesta a măsurat activitatea a câtorva sute de gene în aproximativ treizeci de celule clonate provenite din două tumori primare de colon. Analiza lor a evidențiat gradienți genetici clari, care au prezentat o corelație puternică cu ușurința cu care celulele erau capabile să migreze.
Rezultatele sugerează, de asemenea, că riscul metastatic nu poate fi determinat prin studierea unei singure celule în mod izolat. În schimb, el depinde de interacțiunile colective dintre grupuri de celule canceroase înrudite din interiorul unei tumori.
Cercetătorii au creat un algoritm de predicție extrem de fiabil
Echipa de cercetare a integrat aceste semnături genetice într-un model de inteligență artificială dezvoltat la Geneva.
„Marea noutate a instrumentului nostru, numit Mangrove Gene Signatures (MangroveGS), este că exploatează zeci, chiar sute de semnături genetice. Acest lucru îl face deosebit de rezistent la variațiile individuale”, explică Aravind Srinivasan, doctorand la Departamentul de Medicină Genetică al Facultății de Medicină a UNIGE și coautor principal al studiului.
După antrenare, sistemul a prezis metastaza și recurența în cancerul de colon cu o acuratețe de aproape 80%, depășind semnificativ instrumentele de predicție existente.
De asemenea, oamenii de știință au descoperit că semnăturile genetice identificate în cancerul de colon pot ajuta la prezicerea potențialului metastatic și în alte tipuri de cancer, inclusiv cancerul gastric, pulmonar și de sân.
„Aceste informații vor împiedica tratarea excesivă a pacienților cu risc scăzut, reducând astfel efectele secundare și costurile inutile, în timp ce vor intensifica monitorizarea și tratamentul celor cu risc ridicat”, subliniază Ariel Ruiz i Altaba.