Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект

Новая статья в журнале Biology Methods & Protocols, опубликованная издательством Оксфордского университета, свидетельствует о том, что в скором времени врачи смогут использовать искусственный интеллект для обнаружения и диагностики рака у пациентов, что позволит начать лечение раньше.

Рак остается одним из самых сложных заболеваний человека, ежегодно регистрируется более 19 миллионов случаев и 10 миллионов смертей. Эволюционная природа рака затрудняет лечение опухолей на поздних стадиях.

Генетическая информация кодируется в ДНК с помощью четырех оснований, обозначаемых A, T, G и C, которые составляют ее структуру. Изменения окружающей среды вне клетки могут привести к тому, что некоторые основания ДНК будут изменены путем добавления метильной группы. Этот процесс называется «метилированием ДНК». Каждая отдельная клетка обладает миллионами таких меток метилирования ДНК. Исследователи наблюдали изменения в этих метках на ранних стадиях развития рака; они могут помочь в ранней диагностике рака.

Можно изучить, какие основания в ДНК метилируются в раковых клетках и в какой степени, по сравнению со здоровыми тканями. Выявление специфических признаков метилирования ДНК, характерных для различных типов рака, сродни поиску иголки в стоге сена. Именно здесь, по мнению ученых, участвовавших в этом исследовании, может помочь искусственный интеллект.

Исследователи из Кембриджского университета и Имперского колледжа Лондона обучили режим ИИ, используя комбинацию машинного и глубокого обучения, смотреть на паттерны метилирования ДНК и определять 13 различных типов рака (включая рак груди, печени, легких и простаты) из нераковых тканей с точностью 98,2%. Эта модель основана на образцах тканей (а не фрагментов ДНК в крови), и для ее клинического применения потребуется дополнительное обучение и тестирование на более разнообразной коллекции биопсийных образцов.

По мнению исследователей, важным аспектом этого исследования стало использование объяснимой и интерпретируемой основной модели ИИ, которая позволила понять, на чем основаны ее предсказания. Исследователи изучили внутреннюю работу своей модели и показали, что она укрепляет и улучшает понимание глубинных процессов, способствующих развитию рака.

Выявление необычных паттернов метилирования (возможно, по результатам биопсии) позволит медицинским работникам выявлять рак на ранних стадиях. Это может значительно улучшить состояние пациентов, поскольку большинство видов рака поддаются лечению или излечиваются, если их обнаружить на ранней стадии.

Вычислительные методы, подобные этой модели, благодаря более качественному обучению на более разнообразных данных и тщательному тестированию в клинике, в конечном итоге позволят создать модели ИИ, которые смогут помочь врачам в раннем выявлении и скрининге рака, — говорит ведущий автор работы Шамит Самараджива (Shamith Samarajiwa).

Это позволит улучшить состояние пациентов.

20.06.2024