L’intelligenza artificiale ha permesso la scoperta di un nuovo ruolo per i geni di “rilevamento dell’olfatto” nel carcinoma del colon

“Fino ad ora, il ruolo di questi #geniolfattivi al di fuori del naso era in gran parte sconosciuto.
I ricercatori hanno utilizzato l’algoritmo di visione artificiale per rilevare i cambiamenti nell’aspetto e nell’organizzazione delle cellule tumorali del colon.
Gli esseri umani hanno circa 400 geni olfattivi di “rilevamento dell’olfatto” – la più grande famiglia genetica nell’uomo – che si attivano nel naso e in altre parti del corpo, permettendoci di annusare almeno un trilione di odori diversi. Fino ad ora, il ruolo di questi geni olfattivi al di fuori del naso era in gran parte sconosciuto.

Un recente studio, pubblicato su #MolecularSystemsBiology, ha utilizzato più livelli di intelligenza artificiale (AI) per identificare questi geni coinvolti nell’organizzazione delle cellule tumorali del colon. Ciò ha rivelato che i geni sensibili all’olfatto possono contribuire a questo processo associato al cancro insieme ai geni chiave del cancro del colon e ha evidenziato il loro ruolo potenziale nella diffusione della malattia e nella prognosi.

La scoperta è stata resa possibile dallo sviluppo di un innovativo sistema di intelligenza artificiale, chiamato #KCML (Knowledge-driven-driven machine learning) che consente ai ricercatori di studiare le immagini al microscopio in modo più dettagliato per comprendere meglio la funzione dei geni in un contesto specifico. KCML è stato inizialmente applicato al cancro del colon, ma è ampiamente applicabile anche in altre malattie.

I ricercatori hanno utilizzato l’algoritmo di visione artificiale per rilevare i cambiamenti nell’aspetto e nell’organizzazione delle cellule. L’algoritmo ha ricevuto informazioni dalla microscopia robotica, in collaborazione con ricercatori dell’Università di Zurigo, per immagini di milioni di cellule tumorali del colon. Riducendo l’espressione dei geni “odoranti” all’interno di queste cellule, sono stati in grado di comprendere meglio il ruolo che svolgono nella carcinogenesi.

L’espressione è quando i geni vengono attivati ​​per produrre determinate proteine ​​e molecole. I ricercatori di questo studio hanno scoperto che la riduzione dell’espressione dei geni sensibili all’olfatto nelle cellule tumorali del colon, un processo noto come perturbazione, può inibire la diffusione delle cellule, potenzialmente limitando la capacità delle cellule di muoversi. Lo stesso comportamento si osserva anche nella perturbazione dei geni chiave del cancro.

La dott.ssa Heba Sailem, ricercatrice di ricerca di Sir Henry Wellcome presso l’Institute of Biomedical Engineering nel Regno Unito, una delle principali autrici dello studio, ha spiegato: “Con tutti questi dati di imaging di grandi dimensioni, abbiamo un mezzo potente per capire meglio come ogni singolo gene contribuisce a comportamento delle cellule tumorali. Ho sviluppato un sistema di intelligenza artificiale guidato da una conoscenza preliminare della funzione genica che ci consente di imparare molto di più da questi dati di quanto sarebbe possibile utilizzare metodi esistenti. “

 “Quando gli umani guardano scene complesse, interpretano le immagini alla luce della loro precedente esperienza e ricordi visivi (conoscenza precedente). Tuttavia, i computer vedono solo le immagini come una grande matrice di numeri, non vedranno forme e strutture. La visione del computer riguarda l’addestramento del computer per vedere ciò che l’umano può vedere. Attraverso l’IA, siamo in grado di identificare il modo in cui la disattivazione dei geni influenza le caratteristiche, la forma e la struttura delle cellule e dei tessuti. Di solito, per gli esseri umani è un processo molto lungo interpretare numeri da migliaia di immagini, ognuna con migliaia di cellule. La visione artificiale può raggiungere questo obiettivo in pochi giorni “, ha aggiunto.

Il lavoro del dott. Sailem si è concentrato sullo studio delle cellule in coltura e il prossimo passo sarà quello di collegare questi risultati ai dati reali dei pazienti. È anche desiderosa di applicare il suo modello di IA per studiare il comportamento dei geni nei diversi tumori, tra cui prostrato, seno e polmone.

Il cancro del colon-retto è il terzo tumore più comune nel Regno Unito e la seconda causa più comune di decessi per cancro.

Il professor Mark Lawler, presidente della genomica traslazionale del cancro, Center for Cancer Research and Cell Biology, Queen’s University Belfast e Bowel Cancer UK advisor medico, ha accolto con favore l’applicazione del nuovo modello di IA nel carcinoma del colon-retto, commentando che lo studio ha mostrato il “potere dei dati rivelando nuovi meccanismi ”.

“Una delle maggiori sfide nel carcinoma del colon-retto è la metastasi. Questo è il punto in cui la maggior parte dei pazienti muore. Qualcosa che ci dice di più a riguardo e forse indica come questo potrebbe essere controllato è molto promettente”, ha aggiunto.

Il dott. Sailem ha spiegato: “Il #cancro non è una malattia, può essere classificato in molte malattie a seconda del tipo e dell’origine del tessuto. Siamo in grado di prelevare cellule dal tessuto malato e osservare cosa stanno facendo i geni in queste cellule particolari. Possiamo quindi identificare i geni da targetizzare per la terapia – o geni per i quali esistono già terapie mirate. “

L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico sono sempre più utilizzati per accelerare lo sviluppo di terapie mirate nel cancro e in altre malattie, con aziende leader nel settore tecnologico e farmaceutico che hanno stretto collaborazioni di alto profilo negli ultimi mesi.

Una tale collaborazione tra #Novartis e #Microsoft è stata annunciata in ottobre per trasformare la medicina con l’IA. Vas Narasimhan, CEO di Novartis

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Foto di Miguel Á. Padriñán da Pexels