دراسة Ali Ertürk وفريقه التي تكشف نقائل السرطان وأهداف الأدوية في الجسم كله بالذكاء الاصطناعي

الأستاذ الدكتور Ali Ertürk وفريقه، في دراستهم عن تصوير نقائل السرطان واستهدافها بتفاصيل دقيقة وبصورة 3D، باستخدام التعلم العميق، وهو تطبيق للذكاء الاصطناعي، أثاروا اهتمامًا كبيرًا في الأوساط العلمية بعد ظهور دراستهم على غلاف المجلة العلمية Cell في عدد ديسمبر 2019. وبعد تخرجه من قسم البيولوجيا الجزيئية والوراثة بجامعة بيلكنت في 2003، عمل Ali Ertürk تباعًا في معهد Max-Planck وGenentech وجامعة Ludwig Maximillian's، وهو عالم أعصاب ومخترع وفنان تركي يعيش في ميونيخ بألمانيا. ومنذ يوليو 2019 يتولى إدارة معهد Helmholtz لهندسة الأنسجة والطب التجديدي في ميونيخ. وكانت دراساته حتى الآن تتركز على إنتاج أعضاء شفافة بتقنية الطباعة ذات 3 أبعاد. ويمكن لتقنية التصوير الجديدة التي اكتشفوها، وسموها vDISCO ، إظهار الأعضاء بصورة شفافة. أما أحدث دراسات Ali Ertürk وفريقه فتناولت تصوير نقائل السرطان وكشف أهداف الأجسام المضادة باستخدام التعلم العميق.

ملخص دراسة الأستاذ الدكتور Ali Ertürk وفريقه التي تُظهر تصوير حتى خلية سرطانية «واحدة» في نموذج الفأر:

رغم التطورات الطبية الحديثة، لا يزال السرطان سببًا مهمًا للوفاة. ويموت أكثر من % 90 من مرضى السرطان بسبب الأورام النقيلية المنتشرة في الجسم، لا بسبب الورم الأولي/الرئيسي. ويتطلب العلاج الناجح للسرطان النقيلي وصول الأدوية المضادة للأورام إلى النقائل المتعددة في الجسم والقضاء عليها. وللأسف، لا يحدث ذلك عادة. وغالبًا ما يُكتشف هذا القصور في أدوية السرطان خلال التجارب السريرية . فحتى الآن، لم تكن لدى الباحثين وسائل تُصور قدرة الأدوية على استهداف الورم بحساسية ودقة كافيتين لتحديد المرشحات الدوائية الأكثر وعدًا أثناء التطوير قبل السريري (الدراسات السابقة للتجارب على البشر). فمثلًا، يمكن لـ التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير بالتلألؤ الحيوي كشف الأورام الكبيرة، لكنهما لا يستطيعان كشف مئات النقائل الصغيرة التي قد تكون قاتلة. والأهم أن هذه الوسائل لا يمكنها تقييم ما إذا كان مرشح دوائي يصل فعلًا إلى جميع النقائل الصغيرة. وللتغلب على هذه التحديات الكبيرة، طور Ali Ertürk وفريقه DeepMACT. وDeepMACT تقنية تتيح كشف أصغر النقائل حتى في كامل جسم الفأر، وتعتمد على التعلم العميق (الشبكات العصبية الاصطناعية متعددة الطبقات) .

تتيح DeepMACT تتبع النقائل التي يستهدفها دواء ما، وتلك التي لا يستهدفها.

كيف تعمل تقنية DeepMACT؟

تعني DeepMACT تحليل النقائل في الأنسجة الشفافة بالاعتماد على التعلم العميق. وتتألف من خطوتين كبيرتين: 1. يُجعل جسم الفأر كاملًا شفافًا باستخدام طريقة لتصفية الأنسجة تسمى vDISCO. ثم تُصور الفئران الشفافة في 3 أبعاد، مما أتاح تصوير جميع النقائل وحتى خلية ورمية واحدة منتشرة. 2. تُستخدم خوارزميات التعلم العميق المطورة حديثًا لكشف جميع النقائل السرطانية وتحليل استهدافها بالأدوية. وباستخدام هذه التقنية الجديدة، كشف Ali Ertürk وفريقه بنجاح مئات النقائل الصغيرة في جسم الفأر التي تعذر كشفها بطرق أخرى. كما أتاحت DeepMACT رؤية دقيقة للنقائل السرطانية التي يستهدفها مرشح دوائي وتلك التي يفوّتها. وأظهرت هذه التحليلات أن الأدوية القائمة على الأجسام المضادة ، وهي من أكثر العلاجات الحالية فعالية، قد تفوّت نسبة 30 بالمئة من النقائل الصغيرة. وباستخدام التقنية الجديدة، حُلل الانتشار النقيلي في نماذج فئران لسرطانات الرئة والثدي والبنكرياس. وأمكن أيضًا ملاحظة كيفية انتشار النقائل في الجسم عند نقاط زمنية مختلفة. واليوم لا ينجح سوى خمسة بالمئة من المرشحات الدوائية الجديدة في الأورام، ولتطبيق DeepMACT في أنظمة النماذج قبل السريرية قدرة محتملة على تحسين تحديد وتطوير مرشحات دوائية أفضل للتجارب السريرية بصورة غير مسبوقة. لذا قد تساعد DeepMACT في رفع معدل نجاح مرشحات أدوية السرطان بدرجة كبيرة، وقد تنقذ كثيرًا من الأرواح.

يمكن أدناه الاطلاع على ملخص فيديو للدراسة: (يتوفر خيار الترجمة النصية التركية)

حتى الآن كانت الأنسجة والأعضاء تُصور في دراسات تصوير كثيرة في 2 من الأبعاد، بينما يقدم التصوير في 3 أبعاد معلومات أكثر تفصيلًا وقيمة بكثير، رغم صعوبته المنهجية الكبيرة. وجمع الأستاذ الدكتور Ali Ertürk وفريقه تقنيات جديدة عديدة، بجعل الأنسجة شفافة بطريقة vDISCO وتصوير النقائل السرطانية باستخدام DeepMACT في 3 أبعاد، وأنجزوا دراسة بالغة القيمة. ورغم أن هذه الأساليب لم يبدأ استخدامها بعد في التجارب السريرية البشرية، فإنها ستشكل أساسًا لكثير من الابتكارات التقنية الحيوية التي ستُستخدم في المستقبل القريب. ختامًا، تُعد هذه الدراسة مهمة جدًا لتصوير النقائل المسؤولة عن % 90 من الوفيات المرتبطة بالسرطان وكشف أهداف الأجسام المضادة. لكن للدراسة بعض القيود.

• أُجريت الدراسة في نماذج الفئران، وصُورت خلايا سرطانية بشرية بعد حقنها. وسيكون ممكنًا اختبار هذا النظام التصويري في الإنسان واستخدامه بعد التحقق منه بالتجارب السريرية.

• تتكون الأورام من تجمعات خلوية مختلفة. وعلى وجه الخصوص، فإن البيئة الدقيقة للورممعقدة جدًا في جسم الإنسان. ومن الصعب جدًا إنشاء هذا التعقيد في نماذج الفئران. لذلك ثمة حاجة إلى مزيد من البحوث لانتقال آثار الدراسة إلى الممارسة السريرية.