Τεχνητή νοημοσύνη διαβάζει όγκους στον εγκέφαλο μέσα στο χειρουργείο και καθοδηγεί τους γιατρούς

Ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ σχεδίασαν ένα εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης το οποίο μπορεί να αποκωδικοποιήσει ταχύτατα το DNA ενός όγκου του εγκεφάλου και να προσδιορίσει τη μοριακή ταυτότητά του κατά τη διάρκεια διενέργειας επέμβασης αφαίρεσής του από τον ασθενή – κοινώς η ΑΙ παρέχει εν ριπή οφθαλμού ζωτικής σημασίας πληροφορίες στους νευροχειρουργούς ενόσω διεξάγουν την επέμβαση, πληροφορίες που ως σήμερα απαιτούνταν ημέρες ως και εβδομάδες για να εξαχθούν.

«Διαβατήριο» για καθοριστικές αποφάσεις των γιατρών

Το να γνωρίζουν οι νευροχειρουργοί το μοριακό προφίλ ενός όγκου τούς επιτρέπει να λαμβάνουν καθοριστικές αποφάσεις κατά την επέμβαση όπως το πόσο ιστό χρειάζεται να αφαιρέσουν καθώς και αν χρειάζεται να εγχύσουν θεραπείες απευθείας στον εγκέφαλο ενόσω ο ασθενής βρίσκεται ακόμη στο χειρουργείο. Για παράδειγμα αν ο νευροχειρουργός αφαιρέσει πολύ ιστό ενώ ο όγκος δεν είναι επιθετικός μπορεί να επηρεάσει τη νευρολογική και γνωστική λειτουργία του ασθενούς χωρίς να υπάρχει λόγος. Αν πάλι αφαιρέσει μικρό τμήμα ιστού ενώ ο όγκος είναι πολύ επιθετικός μπορεί να αφήσει μέσα στον εγκέφαλο κακοήθη ιστό ο οποίος θα αναπτυχθεί γρήγορα και θα εξαπλωθεί.

Ογκολογία ακριβείας σε πραγματικό χρόνο

Παράλληλα, όπως αναφέρουν οι ερευνητές στο επιστημονικό περιοδικό Med, το να γνωρίζουν οι νευροχειρουργοί τη μοριακή ταυτότητα του όγκου κατά τη διάρκεια της επέμβασης είναι πολύτιμο αφού μπορούν να εγχύσουν άμεσα φάρμακα στον εγκέφαλο μέσα στο χειρουργείο. «Η ικανότητα να γίνεται η μοριακή διάγνωση του όγκου κατά την επέμβαση μπορεί να οδηγήσει στην ογκολογία ακριβείας σε πραγματικό χρόνο» ανέφερε ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Κουν-Σινγκ Γιου, επίκουρος καθηγητής Βιοϊατρικής Πληροφορικής στο Ινστιτούτο Blavatnik της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.

Τα μειονεκτήματα της συμβατικής προσέγγισης

Η συμβατική διαγνωστική προσέγγιση που ακολουθείται αυτή τη στιγμή στο χειρουργείο όταν γίνεται αφαίρεση όγκου του εγκεφάλου αφορά λήψη ιστού του εγκεφάλου, κατάψυξή του και στη συνέχεια εξέτασή του με μικροσκόπιο. Ενα μεγάλο μειονέκτημα της προσέγγισης είναι ότι η κατάψυξη του ιστού μπορεί να αλλάξει τη μορφολογία των κυττάρων κάτω από το μικροσκόπιο με αποτέλεσμα να μειώνεται η ακρίβεια της κλινικής αξιολόγησης. Επιπροσθέτως το ανθρώπινο μάτι, ακόμη και όταν χρησιμοποιεί ισχυρά μικροσκόπια, δεν μπορεί πάντα να ανιχνεύσει «λεπτές» παραλλαγές στο γενετικό υλικό. Η νέα ΑΙ προσέγγιση ξεπερνά αυτούς τους σκοπέλους.

Διαθέσιμο δωρεάν

Το καινούργιο εργαλείο που ονομάζεται CHARM (Cryosection Histopathology Assessment and Review Machine) είναι δωρεάν διαθέσιμο σε όλους τους ερευνητές. Χρειάζεται βέβαια προηγουμένως να αξιολογηθεί κλινικά σε δεδομένα του πραγματικού κόσμου και να λάβει τις απαραίτητες εγκρίσεις από τις αρμόδιες αρχές προτού χρησιμοποιηθεί ευρέως σε νοσοκομεία, σημείωσαν οι ερευνητές.

Σπάζοντας τον μοριακό κώδικα του καρκίνου

Οι πρόσφατες εξελίξεις στη γενωμική έχουν προσφέρει στους ειδικούς τη δυνατότητα να διακρίνουν τις διαφορετικές μοριακές υπογραφές διαφορετικών μορφών καρκίνου του εγκεφάλου καθώς και των διαφορετικών υποτύπων της κάθε μορφής. Για παράδειγμα το γλοίωμα – η πιο επιθετική και κοινή μορφή καρκίνου του εγκεφάλου – έχει τρεις κύριες υποπαραλλαγές η καθεμία εκ των οποίων φέρει διαφορετικούς μοριακούς δείκτες ενώ παράλληλα έχει διαφορετικές ιδιότητες σε ό,τι αφορά την ανάπτυξη και την εξάπλωση του καρκίνου.

Η ικανότητα του νέου ΑΙ εργαλείου να κάνει ταχύτατη μοριακή διάγνωση αναμένεται να αποδειχθεί «θησαυρός» ιδιαιτέρως σε περιοχές με περιορισμένη πρόσβαση σε τεχνολογία γενετικής αλληλούχησης.

Σημαντική συμβολή στον σχεδιασμό της θεραπείας

Επιπλέον, η νέα προσέγγιση μπορεί να έχει σημαντική συμβολή στον σχεδιασμό της θεραπείας μετά την επέμβαση αφαίρεσης του όγκου καθώς προσφέρει πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά, την επιθετικότητα και την απόκριση του καρκίνου σε διαφορετικά θεραπευτικά σχήματα.

Ακρίβεια της τάξεως του 93%

To εργαλείο CHARM αναπτύχθηκε με χρήση 2.334 δειγμάτων όγκων που ελήφθησαν από 1.524 άτομα με γλοίωμα από τρεις διαφορετικούς πληθυσμούς ασθενών. Οταν δοκιμάστηκε σε ένα άγνωστο σετ δειγμάτων όγκων του εγκεφάλου κατάφερε να διακρίνει όγκους με συγκεκριμένες μοριακές μεταλλάξεις με ακρίβεια της τάξεως του 93% ενώ κατηγοριοποίησε με επιτυχία τους τρεις κύριους τύπους γλοιωμάτων.

Οπτική «σύλληψη» του περιβάλλοντος του όγκου

Πηγαίνοντας μάλιστα ένα βήμα παραπέρα το εργαλείο συνέλαβε με επιτυχία οπτικά χαρακτηριστικά του ιστού που περιέβαλε τα κακοήθη κύτταρα. Ηταν σε θέση να εντοπίσει τις περιοχές όπου παρατηρείτο μεγαλύτερη πυκνότητα κυττάρων και καταγραφόταν σε μεγαλύτερα επίπεδα κυτταρικός θάνατος – αμφότερα σημάδια πιο επιθετικού γλοιώματος.

Το CHARM μπόρεσε επίσης να διακρίνει σημαντικές μοριακές διαφοροποιήσεις χαρακτηριστικές των λιγότερο επιθετικών γλοιωμάτων – γεγονός σημαντικό για την επιλογή της κατάλληλης θεραπευτικής παρέμβασης.

Και για άλλους τύπους όγκων του εγκεφάλου

Οι ερευνητές επεσήμαναν ότι ενώ το μοντέλο τους εκπαιδεύθηκε και δοκιμάστηκε σε δείγματα γλοιώματος θα μπορούσε να επανεκπαιδευθεί με επιτυχία για να εντοπίζει και άλλους τύπους όγκων του εγκεφάλου.

Σημειώνεται ότι ήδη επιστήμονες έχουν σχεδιάσει μοντέλα ΑΙ τα οποία εντοπίζουν άλλες μορφές καρκίνου όπως του παχέος εντέρου, του μαστού και του πνεύμονα. Ωστόσο τα γλοιώματα ήταν μέχρι σήμερα ιδιαιτέρως δύσκολα για την τεχνητή νοημοσύνη εξαιτίας της μοριακής πολυπλοκότητάς τους και της τεράστιας ποικιλίας στο σχήμα και στη μορφή των καρκινικών κυττάρων από τα οποία αποτελούνται.

Δια βίου μάθηση…

Το εργαλείο CHARM θα χρειάζεται κατά διαστήματα να… ξανακάθεται στα θρανία προκειμένου να παρακολουθεί τις εξελίξεις σε ό,τι αφορά την κατηγοριοποίηση των νόσων. «Οπως ακριβώς οι γιατροί πρέπει να εκπαιδεύονται συνεχώς, έτσι και τα εργαλεία ΑΙ πρέπει να επικαιροποιούνται με βάση την πιο πρόσφατη γνώση προκειμένου να αποδίδουν τα μέγιστα» κατέληξε ο καθηγητής Γιου.