وسيسمح هذا التطوير المبني على الذكاء الاصطناعي بتحسين علاجات سرطان الثدي والتحذير من التشخيص الخاطئ
ستتيح النماذج الحسابية التي طورها الباحثون في كلية توب لعلوم الكمبيوتر تقييم فعالية علاجات العلاج المناعي بشكل أفضل، والتنبؤ بالعمر المتوقع للمريض، وتحسين العلاجات بطريقة شخصية والتحذير من التشخيصات الخاطئة. يقود البحث حول هذا الموضوع الدكتور جيل شاماي، وهو طالب ما بعد الدكتوراه في مختبر معالجة الصور الهندسية (GIP) بقيادة البروفيسور رون كيميل. البروفيسور كيميل هو عضو هيئة تدريس في كلية توب لعلوم الكمبيوتر وأستاذ ثانوي في كلية فيتربي للهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر.
المقالة الذي أصبح مشهورا الان في المجلة المرموقة طبيعة الاتصالات يصف طريقة تعتمد على التكنولوجيا والتجارب التي طورها الدكتور شماي مع أمير ليفنا، خريج درجة الماجستير من المختبر، لغرض تقييم أفضل لفعالية العلاج المناعي في سرطان الثدي. عمل الباحثون بشكل وثيق مع البروفيسور إدموند سيبو، مدير معهد علم الأمراض في مستشفى الكرمل. الدكتورة ألكسندرا كيرزو، أخصائية علم الأمراض في مستشفى الكرمل؛ والدكتور أنطونيو بولونيا من مختبر إباتيمب لعلم الأمراض في البرتغال؛ وبدعم من البروفيسور جيل بار سيلا، مدير قسم الأورام في مستشفى عيمق.
أصبح سرطان الثدي السبب الرئيسي للوفاة بين النساء اللاتي تتراوح أعمارهن بين 59 و20 عامًا وأكثر أنواع السرطان التي تم تشخيصها في عام 2021، حيث يمثل حوالي 12% من جميع التشخيصات في جميع أنحاء العالم. تتزايد حالات الإصابة بسرطان الثدي بين السكان بسبب النمو السكاني والتلوث البيئي والتغذية الصناعية وتغير المناخ وغير ذلك. يستطيع الجهاز المناعي، في كثير من الحالات، القضاء على الخلايا السرطانية بطريقة مستهدفة وأكثر فعالية من العلاج الدوائي. المشكلة هي أن الخلايا السرطانية، التي تطورت أيضًا خلال تطور طويل، قد تطور آليات تمنع الجهاز المناعي من مهاجمتها. ومن الطرق المبتكرة والتجريبية لعلاج سرطان الثدي، في ظل النجاح في علاج أنواع أخرى من السرطان، هو العلاج المناعي، وهو أسلوب يساعد الجهاز المناعي على مهاجمة الخلايا السرطانية عن طريق إتلاف هذه الآليات.
يعتمد أحد علاجات العلاج المناعي الشائعة على تفاعل بروتين يسمى PD-L1 مع خلايا الجهاز المناعي. هذا التفاعل يمنع جهاز المناعة من العمل، والعلاج المناعي قد يمنع هذا التفاعل وبالتالي يساعد جهاز المناعة على مهاجمة الورم. ومع ذلك، فإن العلاج فعال ومعتمد للاستخدام فقط عندما يتم التعبير عن بروتينات PD-L1 في الخلايا السرطانية نفسها. وعلى هذه الخلفية، نشأت الحاجة إلى التمييز بين الأورام التي تتميز بوجود بروتين PD-L1، والتي من المتوقع أن يساعد العلاج المناعي فيها، والأورام التي لا تكون كذلك. المشكلة هي أن قياس PD-L1 ليس مهمة بسيطة، وطرق القياس الحالية باهظة الثمن وغير دقيقة.
يقول البروفيسور كيميل: "لسوء الحظ، لقد واجهت شخصيًا الطبيعة الإشكالية للطرق الحالية أثناء علاج والدي المضاد للسرطان". "هذه طرق غير متناسقة، أي أن القياسات المختلفة لنفس الظاهرة تعطي نتائج مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فهي باهظة الثمن وغير متوفرة في كل مكان، والنتيجة هي أن العلاجات لا تزال تُعطى في عملية تنطوي على الكثير من التجربة والخطأ، مما يعني إضاعة هائلة للوقت والمال وبالطبع معاناة غير ضرورية.
تطورت المجموعة البحثية بناءً على طلب من أحد المتدربين (في الطب) الذي سمع عن عجائب الذكاء الاصطناعي وتوجه إلى البروفيسور كيميل والدكتور شماي بسؤال: هل يمكن للذكاء الاصطناعي أن يساعد في تحليل عينات (خزعة) من الثدي السرطان لغرض قياس التعبير عن المستقبلات والبروتينات؟ يقول الدكتور شاماي: "بدا اقتراحه مثيرًا للاهتمام للغاية بالنسبة لي وبدأت في البحث في هذا الموضوع". "ذهبت إلى أخصائيي علم الأمراض وأوضحوا لي أن دقة تشخيص الأنسجة ليست كافية لرؤية المستقبلات والبروتينات دون تلطيخ جزيئي خاص. حتى أن أحدهم قال إن الأمر يشبه النظر إلى باب مغلق وتخمين ما يوجد في الغرفة. أصبح هذا المشروع بمثابة بحثي في السنوات التالية، لأنني أردت أن أثبت خطأهم". تم إنشاء المجموعة البحثية منذ بضع سنوات وتوظف حاليًا مجموعة كبيرة من المهندسين والأطباء وطلاب المرحلة الجامعية والدراسات العليا.
يوضح البروفيسور كيميل: "قال علماء الأمراض الذين تحدثنا إليهم إن هذه مهمة مستحيلة، لأن أخصائي علم الأمراض البشري لا يستطيع استنتاج خصائص الورم من شكله بسبب الكم الهائل من المتغيرات". والخبر السار هو أن تقنيات الذكاء الاصطناعي وخاصة التعلم العميق قادرة على القيام بذلك. يمكن للكمبيوتر، على عكس أخصائي علم الأمراض، وحتى أكثر علماء الأمراض مهارة، أن يميز السرطان بمساعدة تحليل معقد لتشكله."
حدث الاختراق الأول في البحث منذ حوالي ثلاث سنوات وتم عرضه في المقال في الكتابة الوقت JAMA حيث حققت المجموعة نجاحاً في تحديد المستقبلات على الخلايا السرطانية. وتعتمد التكنولوجيا التي قدمها الباحثون على التعلم العميق. فهو يستخرج المعلومات الجزيئية من صور الخزعة التي خضعت لصبغ الهيماتوكسيلين والأيوسين (H&E) - وهو تلوين شائع يستخدم لفحص الأنسجة المأخوذة في الخزعة. يسمح التلوين لأخصائي علم الأمراض بتحديد نوع السرطان ودرجة خطورته من خلال الأنسجة، تحت المجهر. ومع ذلك، فإن تلطيخ وحده لا يسمح بتحديد البروتينات التي تعتبر ضرورية في تحديد العلاج المناسب. هذا هو التحدي الذي كان على باحثي التخنيون مواجهته.
الآن، بعد ثلاث سنوات من نشر مقالة JAMA، أعلن الباحثون عن نجاحهم في قياس التعبير البروتيني PD-L1 على مجموعة كبيرة من العينات: خزعات من أكثر من 3,000 مريضة بسرطان الثدي. ووفقا للدكتور شماي والبروفيسور كيميل، "يتطلب التعلم العميق كمية هائلة من المعلومات، والحصول على النوع المطلوب من المعلومات ليس بالأمر السهل. ولهذا الغرض، قمنا بكتابة كود برمجي لمسح المصادر عبر الإنترنت وتنزيل آلاف عينات الخزعة والمعلومات الطبية ذات الصلة المعتمدة للاستخدام البحثي تلقائيًا. وكانت مساعدة علماء الأمراض الذين وقعوا على الدراسة ضرورية للغاية".
النموذج الحسابي الذي طوره الباحثون لا "يرى المستقبلات والبروتينات" مباشرة، لكنه يعرف كيفية استنتاج وجودها أو غيابها بناء على شكل الأنسجة، أو "التوقيع" الذي يتركه السرطان في الأنسجة، كما ينعكس في فحص H&E. يقول الدكتور شاماي: "إنها علاقة معقدة للغاية، حيث أن الخوارزمية التي طورناها تعرف كيف تزودنا بالمعلومات الضرورية، لكننا لا نفهم حقًا كيف تفعل ذلك".
يعتمد البحث على تقنيات متقدمة للمعالجة الهندسية للصور - ويركز أحد الأبحاث في مختبر البروفيسور رون كيميل، حيث تعمل مجموعة الدكتور شاماي. يقول البروفيسور كيميل: "إنه تحدٍ ضخم ومعقد - إنتاج صورة سريرية موثوقة ودقيقة بناءً على معلومات جزئية". "هناك العديد من الأطراف المعنية هنا: مهندسون، أطباء، طلاب وعشرة مستشفيات في إسرائيل والخارج. طُلب من المجموعة البحثية دراسة الجوانب السريرية لسرطان الثدي وتشخيصه وإنشاء قاعدة بيانات ضخمة وأدوات لتحليل البيانات وإنشاء تنبؤ موثوق. كان لدى جيل أيضًا مهمة إدارية هائلة هنا، وقد قابلها بنجاح مثير للإعجاب، بما في ذلك الحصول على سبع منح بحثية من مؤسسات أدركت أهمية المشروع. في الواقع، أسس هنا نوعًا من الشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الطبية والتي تقدم إنجازات هائلة في مجال السرطان".
تم التحقق من (التحقق من صحة) التكنولوجيا الجديدة بناءً على بيانات 300 مريضة بسرطان الثدي من تجربة سريرية. ويقدر الباحثون أن هذا النهج، وهو تحليل الصور المرضية باستخدام الذكاء الاصطناعي، سيصبح عاملاً مهمًا في أبحاث السرطان، وفي تحسين التشخيص وتحسين ملاءمة العلاج للمريض.
تم دعم البحث من قبل هيئة الابتكار (منحة كامين) والمؤسسة الوطنية للعلوم (برنامج البحث في الطب الشخصي).
للمقال في المجلةطبيعة الاتصالات انقر هنا
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
"نسبة الإصابة بسرطان الثدي بين السكان تتزايد بسبب النمو السكاني..." - ليس من المناسب أن يكتب التخنيون شيئًا كهذا.