Adimen artifizialak doitasun nanometrikoz detektatzen ditu minbizia eta infekzio biralak

Erregulazio Genomikorako Zentroa (CRG), Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), Donostia International Physics Center (DIPC) eta Biofisika Bizkaia Fundazioa (FBB, Biofisika Institutuan kokatua) erakundeen zientzialari-talde batek garatu duen adimen artifiziala gai da minbizi-zelulak eta zelula arruntak bereizteko eta zelula barneko birus-infekzioen faserik goiztiarrenak detektatzeko. Aurkikuntza horiek, Nature Machine Intelligence aldizkarian gaur argitaratuak, bidea irekitzen dute gaixotasunen diagnostiko-teknika eta jarraipen-estrategia berriak garatzeko.

AINU tresnak (AI of the NUcleus) zelulen bereizmen handiko irudiak eskaneatzen ditu. STORM izeneko mikroskopia-teknika berezi baten bidez lortzen dira irudiak; mikroskopio arruntek ikusten dituzten baino askoz xehetasun gehiago atzematen dituzte irudi horiek. Bereizmen handiko argazkiek eskala nanometrikoko bereizmena duten egiturak erakusten dituzte. Nanometro (nm) bat metro baten mila milioirena da; adibidez, giza ile batek 100.000 nm inguruko zabalera du. AA gai da zelulen barruan 20 nm-ko berrantolaketak detektatzeko; hau da, giza ile baten zabalera baino 5.000 aldiz txikiagoak direnak. Aldaketa horiek txikiegiak eta finegiak dira giza behatzaileek metodo tradizionalekin detektatzeko.

“Irudi horien bereizmena behar bezain handia da gure AA gai izan dadin patroi espezifikoak eta diferentziak zehaztasun handiz ezagutzeko —DNA zelulen barruan antolatzen den moduan gertatzen diren aldaketak barne—, eta horrek lagundu egiten du aldaketak gertatu eta berehala detektatzen. Gure ustez, egunen batean, informazio-mota horrek aukera emango die medikuei gaixotasuna kontrolatzeko denbora irabazteko, tratamenduak pertsonalizatzeko eta pazienteen emaitzak hobetzeko”, dio ICREAko irakasle Pia Cosma ikerketaren egilekide nagusi eta Bartzelonako Erregulazio Genomikoko Zentroko (CRG) ikertzaileak.

“Aurpegi-ezagutza” molekula mailan

AINU sare neuronal konboluzionala da: datu bisualak —irudiak, alegia— aztertzeko berariaz diseinatutako AA mota bat. Hona hemen adibide batzuk: telefono adimendunak erabiltzaileen aurpegiarekin desblokeatzeko aukera ematen duten AAko tresnak eta beste tresna batzuk, hala nola errepideko objektuak hautemanez inguruneak ulertzeko eta haietan nabigatzeko gaitasuna duten automobil autonomoek erabiltzen dituztenak.

Medikuntzan, sare neuronal konboluzionalak erabiltzen dira irudi medikoak aztertzeko, hala nola mamografiak edo ordenagailu bidezko tomografiak, bai eta giza begiak alde batera utziko lituzkeen minbizi-zantzuak identifikatzeko ere. Halaber, erresonantzia magnetikoetan eta X izpien irudietan anomaliak detektatzen ere lagundu diezaiekete medikuei, eta, horri esker, diagnostiko azkarragoa eta zehatzagoa egiten.

AINUk egitura ñimiñoak detektatzen eta aztertzen ditu zelulen barruan, maila molekularrean. Eredua entrenatzeko, hainbat egoeratan zeuden zelula-mota askotako nukleoaren bereizmen nanometrikoko irudiekin elikatu zuen zientzialari-taldeak. Ereduak ikasi zuen zeluletan eredu espezifikoak ezagutzen, horretarako nukleoen osagaiak hiru dimentsioko espazioan nola banatzen eta antolatzen diren aztertuta.

Adibidez, minbizi-zelulek, zelula normalekin alderatuta, aldaketa bereizgarriak izaten dituzte beren egitura nuklearrean; esaterako, alterazioak DNA antolatzeko moduan edo nukleo barruko entzimen banaketan. Entrenamenduaren ondoren, AINU gai izan zen zelula-nukleoen irudi berriak aztertzeko eta minbizi-zelulatzat edo zelula normaltzat sailkatzeko, aipatutako ezaugarri horietan bakarrik oinarrituta.

Irudien bereizmen nanometrikoari esker, AA gai izan zen 1 motako herpes sinplearen birusak zelula bat infektatu eta ordubetera zelula horren nukleoan aldaketak detektatzeko. Eredua birusaren presentzia detektatzeko gai da DNAren dentsitatean alde txikiak aurkitzean; izan ere, hori gertatzen da birus bat zelularen nukleoaren egitura aldatzen hasten denean.

“Gure metodoak birus batek infektatu dituen zelulak detekta ditzake infekzioa hasi eta berehala. Normalean, medikuek denbora behar izaten dute infekzio bat detektatzeko; izan ere, sintoma ikusgarrietan edo gorputzeko aldaketa handiagoetan oinarritzen dira. Baina AINUarekin, zelularen nukleoko aldaketa txikiak berehala ikus ditzakegu”, dio Ignacio Arganda-Carrerasek. Azterlanaren egilekidea da bera; UPV/EHUko Ikerbasqueko ikertzaile elkartua da, eta FBB-Biofisika Institutuan eta Donostiako DIPCn dihardu.

“Teknologia hori erabil daiteke ikusteko nola eragiten dieten birusek zelulei gorputzean sartu eta ia berehala, eta horrek tratamendu eta txerto hobeak garatzen lagundu lezake. Ospitaleetan eta kliniketan, odol- edo ehun-lagin soil batetik abiatuta infekzioak diagnostikatzeko erabil liteke AINU teknika. Era horretan, prozesua azkarragoa eta zehatzagoa da”, gaineratu du Limei Zhong azterlanaren egilekide nagusi eta Guangdongeko (Guangzhou, Txina) Herri Ospitale Probintzialeko (GDPH) ikertzaileak.

Prestakuntza klinikorako oinarriak ezartzen

Ikerketaren egileek ohartarazi dute oraindik muga handiak gainditu behar dituztela teknologia ingurune kliniko batean probatzeko edo ezartzeko prest egon aurretik. Adibidez, STORM irudiak hartzeko modu bakarra da normalean ikerketa biomedikoko laborategietan bakarrik izaten diren ekipamendu espezializatuak erabiltzea. Inbertsio handia eskatzen du AAk behar dituen irudi-sistemak instalatzeak eta mantentzeak, bai ekipamenduaren aldetik, bai gaitasun teknikoaren aldetik.

Bada beste muga bat ere: STORM irudiek zelula gutxi aztertzen dituzte aldi berean. Diagnostikoetarako, bereziki abiadura eta efizientzia funtsezkoak diren ingurune klinikoetan, medikuek askoz zelula gehiago harrapatu beharko lituzkete irudi bakar batean gaixotasun bat detektatzeko edo monitorizatzeko gai izateko.

"STORM irudien arloan aurrerapenak azkar eta ugari egiten ari dira, eta horrek esan nahi du mikroskopioak laster egongo direla eskuragarri laborategi txikiagoetan edo ez hain espezializatuetan, eta, azkenik, baita kliniketan ere. Irisgarritasun- eta errendimendu-mugak uste genuen baino arazo maneiagarriagoak dira, eta laster esperimentu preklinikoak egitea espero dugu", dio Cosma doktoreak.

Onura klinikoak lortzeko urteak beharko badira ere, espero da epe laburrean AINUak ikerketa zientifikoa azkartzea. Ikerketaren egileek aurkitu zuten zelula amak ere zehaztasun handiz identifika ditzakeela teknologiak. Zelula horiek gorputzeko edozein zelula-mota bihur daitezke, eta kaltetutako ehunak konpontzen edo ordezkatzen laguntzeko duten ahalmenagatik aztergai dira.

AINUaren bidez, zelula amak detektatzeko prozesua azkarragoa eta zehatzagoa izan daiteke, eta lagungarria izango litzateke terapiak seguruagoak eta eraginkorragoak izateko. “Kalitate handiko zelula amak detektatzeko gaur egungo metodoen oinarria animaliekin egindako probak dira. Aldiz, gure AA ereduak funtzionatzeko behar duen bakarra lagin bat da, funtsezko ezaugarri nuklearrak nabarmentzen dituzten markatzaile espezifikoekin tindatzen dena. Errazagoa eta azkarragoa izateaz gainera, zelula amekin egiten den ikerketa bizkortu dezake, eta, aldi berean, zientzian animalien erabilera murrizten lagundu”, ondorioztatu du Davide Carnevalik, ikerketaren lehen egile eta CRGko ikertzaileak.