Molekulární mikroskop s umělou inteligencí pomáhá lékařům zjistit, jestli pacientovi vydrží transplantovaný orgán

Vedu tým, který to všechno vyvinul. Je to celá obec lidí, potřebujeme matematiky, biochemiky, patology, laboratorní techniky. Vyžaduje to spoustu lidí.

Jak vypadá molekulární mikroskop? Můžeme si to představit jako mikroskop, jako zařízení, kterým je vidět něco velmi malého?

V podstatě to je zařízení, kterým můžeme vidět něco velmi malého. Ale uvědomili jsme si, že když se mikroskopem díváte na kousek tkáně, nevidíte všechno. Ve tkáni se děje spousta věcí, a proto jsme se začali dívat na expresi genů v tkáních.

Dostaneme informace podobného druhu, jako když se díváte mikroskopem, ale mnohem víc do hloubky. Proto tomu říkáme molekulární mikroskop, protože v mnoha ohledech to dělá stejnou službu, jakou jsme původně dělali s mikroskopy, ale teď to děláme jiným způsobem: díváme se na geny.

Cesta k záchraně života

K čemu se to dá použít? Mluvíme o diagnostice transplantací.

Ano, můžeme to použít kdekoli, kde potřebujeme pozorovat změny na lidské tkáni. Můžeme se podívat na ulcerózní kolitidu, což je zánětlivé onemocnění střev. Ale právě teď mluvíme o aplikaci na biopsii transplantátů. Když má pacient transplantovaný orgán, který nefunguje správně, máme možnost zakročit a zachránit ho, pravděpodobně mu zachránit život.

Je proto důležité vědět přesně, co se děje v tkáních. A zadruhé, když ho zaléčíme, potřebujeme vědět, jestli jsme byli úspěšní. K tomu se používá molekulární mikroskop, ukazuje lékařům, jak zvládat problémy pacientů po transplantaci.

Co se například může s transplantovaným orgánem stát?

Během transplantace vznikají poranění orgánu a potřebujeme ho podporovat v hojení. Proces transplantace také aktivuje mechanismy odmítnutí orgánu, existují dva odlišné mechanismy. V mnoha případech máme problémy po transplantaci, ale je to poranění? Je to odhojení způsobené protilátkami? Anebo T-buňkami?

Čtěte také

Vlákna jako pavučinky dokáží velké věci, v Liberci je zkoušejí využít pro hojení poškozených jater a kostí

Je důležité to vědět, protože jsou na to tři rozdílné postupy. A když vyberete nesprávný, můžete o orgán přijít a pacientův život bude v ohrožení. Proto se snažíme o precizní diagnostiku. Lidé, kteří tento test používají, mohou nabídnout lepší péči, zkrátit dobu hospitalizace a zlepšit to, jak pacient všechno snáší. Protože použijí precizní léčbu, cílenou přesně na to, co mají, ne jako pokus a omyl.

Pohled na dvacet tisíc genů 

Touto metodou se tedy vyšetřují pacienti potom, co dostali transplantovaný orgán?

Ano, je to zaměřené na biopsii transplantovaného orgánu. Biopsie se dělá, protože nám záleží na tom, aby orgán dobře sloužil a byl zdravý. Lékaři odeberou vzorek tkáně a my z ní vezmeme geny. Sledujeme dvacet tisíc genů a to, co nám řeknou o stavu orgánu a o tom, co se v něm děje.

A také, kolik se toho děje, jaká je intenzita procesů, to je také důležité pro léčbu. Používáme strojové učení, to je druh systému umělé inteligence, abychom interpretovali všech těch dvacet tisíc čísel do podoby diagnózy. Je k tomu zapotřebí speciální forma strojového učení. Používáme až sto různých algoritmů nebo vzorců, abychom prozkoumali data z biopsie. A potom dáme lékařům odpověď, kterou mohou předat pacientům.

Lidský gen|foto:Pixabay

Můžeme tu přesnost porovnat s tím, co se používalo doposud před vynalezením molekulárních metod?

Pokoušeli jsme se o něco podobného s histologií, což je pohled skrz konvenční mikroskop. Ale ta má své limity, jednoduše se podíváte a vidíte malé modré kuličky buněčných jader, nějakou růžovou hmotu. Očima můžete získávat informace jen v omezené míře. Jako kdybyste se pokoušeli předpovídat počasí jen z toho, co vidíte na obloze.

Versus počítače a algoritmy na předpovídání počasí. Oko leccos zvládne, ale máme mnoho jiných systémů, které prověří data a dají vám lepší představu, jestli bude zítra pršet. A něco podobného děláme i my. Na tkáně se díváme novým způsobem. Měříme pět set tisíc údajů, abychom zjistili expresi dvaceti tisíc genů, a k tomu je potřeba spousta složitých výpočetních algoritmů. To samé dělají meteorologové, abychom věděli, jestli zítra v Praze bude pršet, a to samé děláme i my.

Čtěte také

Díky kryoelektronové mikroskopii vidí vědci struktury, o kterých neměli ani zdání. Metoda pomáhá třeba při vývoji nových léků

Začátky u zkumavek a myší

Meteorologové sestavují svoje modely z dlouhodobých měření. Z čeho se učil systém molekulárního mikroskopu?

Začali jsme učením na experimentálních modelech ve zkumavkách a na myších. Také jsme čerpali mnoho principů z toho, co se děje po transplantacích u lidí. Některé věci se systém učil od pacientů, jiné z experimentů. Podívali jsme se na data a udělali něco, čemu se říká učení bez učitele. Řekli jsme: počítači, co se tady děje? Jak můžeme pacienty rozdělit do skupin? Aniž bychom počítači řekli, co má hledat, necháme ho, ať to najde sám.

Klinik je trochu jako golfista, který má sadu holí na různé druhy použití.
Philip Halloran, kanadský výzkumník v oblasti transplantací

K tomu navíc používáme existující informace a řekneme počítači: hledej také tohle. Používáme více systémů, dost podobně jako předpověď počasí. Ta se ptá: jak bylo loni touto dobou? Co se dělo pět dní předtím? Systémy používají různé algoritmy, aby to vyhodnotily společně. Tím pádem jsou stále přesnější, protože otázky probíráte z různých stran. Čím více způsoby se zeptáte, tím spíše dostanete správnou odpověď.

Když znám předpověď počasí, vezmu si deštník nebo se víc obleču. Co může udělat lékař, klinik, který dostane výsledek vyšetření?

Klinik je trochu jako golfista, který má sadu holí na různé druhy použití. Musí vědět přesně, jaký druh úderu chce hrát. Jako klinik musíte vědět, co je to za problém a jak je rozsáhlý, a vybrat na něj správný nástroj. Musí myslet na člověka, jehož život na něm závisí, nevystavuje ho riziku? Dá se ten orgán ještě zachránit, nebo by měl dostat další transplantaci? Jsou to zásadní otázky.

Čtěte také

Mikročipy pomáhají vyhodnotit, jak pacient přijímá novou ledvinu. V pražském IKEMu jsou první a zatím jediní v Evropě

Může to být máma dvou malých dětí a vy chcete udělat všechno pro to, aby se její zdraví zlepšilo natolik, aby je viděla vyrůstat. Jsou to velmi vážná rozhodnutí. Musíte použít správné nástroje, abyste spravili lidem zdravotní problémy.

Bylo by možné nějakým způsobem vyšetřit ještě před transplantací, jak se bude orgán chovat v těle příjemce?

Velmi se o to snažíme. Odebíráme tkáň v okamžiku, kdy se orgán vyoperuje. Jakmile máme možnost využít orgán k transplantaci, chceme předpovědět, jak se budou chovat. Někdy můžeme říci, že tento orgán není úplně v pořádku, ale že nějaký čas vydrží. Můžeme ho dát někomu, u koho neočekáváme, že by žil ještě dlouho, ale nemůžeme ho dát dítěti. Učíme se z praxe.

Sledujeme transplantace, jakou mají orgány životnost a jak dobře fungují, a snažíme se orgány správně nasměrovat na místo určení. Některé by se asi využívat neměly, protože jsou příliš poškozené z těla původního nositele. Těmto rozhodnutím můžeme pomáhat i v době transplantace.