أداة جديدة للذكاء الاصطناعي تشخص أورام الدماغ على طاولة العمليات

 

تصف دراسة جديدة طريقة لتشخيص أسرع وأكثر دقة، والتي يمكن أن تساعد الجراحين على تحديد مدى قوة العملية.

بمجرد وصول مشارطهم إلى حافة ورم الدماغ، يواجه الجراحون قرارًا مؤلمًا: قطع بعض أنسجة المخ السليمة لضمان إزالة الورم بالكامل، أو إعطاء الأنسجة السليمة مكانًا واسعًا والمخاطرة بترك بعض الخلايا المهددة خلفها. .

الآن أفاد العلماء في هولندا باستخدام الذكاء الاصطناعي لتزويد الجراحين بالمعرفة حول الورم الذي قد يساعدهم على اتخاذ هذا الاختيار.

تتضمن الطريقة، الموصوفة في دراسة نشرت  في مجلة Nature ، مسحًا حاسوبيًا لأجزاء من الحمض النووي للورم وإلقاء الضوء على بعض التعديلات الكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى تشخيص مفصل لنوع الورم الدماغي وحتى نوعه الفرعي.

وقال الباحثون إن هذا التشخيص، الذي يتم إنشاؤه خلال المراحل المبكرة من الجراحة التي تستغرق ساعات، يمكن أن يساعد الجراحين على تحديد مدى قوة العملية. وفي المستقبل، قد تساعد هذه الطريقة أيضًا في توجيه الأطباء نحو علاجات مصممة خصيصًا لنوع فرعي محدد من الورم.

وقال جيروين دي ريدر، الأستاذ المشارك في مركز الطب الجزيئي في UMC Utrecht، وهو مستشفى هولندي، والذي ساعد في قيادة الدراسة: "من الضروري أن يكون نوع الورم الفرعي معروفًا وقت الجراحة". "ما قمنا بتمكينه الآن بشكل فريد هو السماح بإجراء هذا التشخيص الدقيق والقوي والمفصل بالفعل أثناء الجراحة."

تم اختبار نظام التعلم العميق الخاص بهم، المسمى Sturgeon، لأول مرة على عينات الأورام المجمدة من عمليات سرطان الدماغ السابقة. وتم تشخيص 45 حالة من أصل 50 بدقة خلال 40 دقيقة من بدء التسلسل الجيني. وفي الحالات الخمس الأخرى، امتنعت عن تقديم التشخيص لأن المعلومات كانت غير واضحة.

وتم بعد ذلك اختبار النظام خلال 25 عملية جراحية حية في الدماغ، معظمها على الأطفال، إلى جانب الطريقة القياسية لفحص عينات الأورام تحت المجهر. قدم النهج الجديد 18 تشخيصًا صحيحًا وفشل في الوصول إلى عتبة الثقة المطلوبة في الحالات السبع الأخرى. وأفادت الدراسة أنه تم تحويل تشخيصاته في أقل من 90 دقيقة، وهي فترة قصيرة بما يكفي لاتخاذ قرارات مستنيرة أثناء العملية.

حاليًا، بالإضافة إلى فحص عينات أورام المخ تحت المجهر، يمكن للأطباء إرسالها لإجراء تسلسل جيني أكثر شمولاً.

ولكن ليس كل مستشفى لديه إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا. وقال الدكتور آلان كوهين، مدير قسم جراحة أعصاب الأطفال في جامعة جونز هوبكنز وأخصائي السرطان، إنه حتى بالنسبة لأولئك الذين يقومون بذلك، فقد يستغرق الأمر عدة أسابيع للحصول على النتائج.

قال الدكتور كوهين: "علينا أن نبدأ العلاج دون أن نعرف ما الذي نعالجه".

وتستخدم الطريقة الجديدة تقنية تسلسل جيني أسرع وتطبقها فقط على شريحة صغيرة من الجينوم الخلوي، مما يسمح لها بإرجاع النتائج قبل أن يبدأ الجراح في إجراء العمليات على حواف الورم.

وقال الدكتور دي ريدر إن النموذج كان قوياً بما يكفي لتقديم التشخيص باستخدام بيانات وراثية متفرقة، على غرار شخص يتعرف على الصورة بناءً على واحد بالمائة فقط من وحدات البكسل الخاصة بها، ومن جزء غير معروف من الصورة.

وقال الدكتور دي ريدر، وهو أيضًا باحث رئيسي في معهد أونكود، وهو مركز أبحاث السرطان في هولندا: «يمكنه أن يكتشف بنفسه ما ينظر إليه ويقوم بتصنيف قوي».

ولكن لا يزال من الصعب تشخيص بعض الأورام. إن العينات المأخوذة أثناء الجراحة هي بحجم حبة الذرة تقريبًا، وإذا كانت تتضمن بعض أنسجة المخ السليمة، فقد يواجه نظام التعلم العميق صعوبة في انتقاء ما يكفي من العلامات الخاصة بالورم.

وفي الدراسة، تعامل الأطباء مع ذلك من خلال مطالبة علماء الأمراض بفحص العينات تحت المجهر لتحديد تلك التي تحتوي على أكبر عدد من الأورام لتسلسلها، كما قال مارك باجيس جاليجو، خبير المعلومات الحيوية في UMC Utrecht والمؤلف المشارك للدراسة.

يمكن أيضًا أن تكون هناك اختلافات داخل الخلايا السرطانية لمريض واحد، مما يعني أن الجزء الصغير الذي يتم تسلسله قد لا يمثل الورم بأكمله. قد لا تتوافق بعض الأورام الأقل شيوعًا مع تلك التي تم تصنيفها مسبقًا. وبعض أنواع الأورام أسهل في التصنيف من غيرها.

وقال مؤلفو الدراسة إن مراكز طبية أخرى بدأت بالفعل في تطبيق الطريقة الجديدة على العينات الجراحية، مما يشير إلى أنها يمكن أن تنجح في أيدي أشخاص آخرين.

لكن الدكتور سيباستيان براندنر، أستاذ علم الأمراض العصبية في جامعة كوليدج لندن، قال إن تسلسل وتصنيف الخلايا السرطانية لا يزال يتطلب في كثير من الأحيان خبرة كبيرة في المعلوماتية الحيوية بالإضافة إلى العاملين القادرين على تشغيل التكنولوجيا واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وإصلاحها.

وقال: "التنفيذ في حد ذاته أقل وضوحًا مما يُقترح في كثير من الأحيان".

كما أن أورام المخ هي الأكثر ملائمة للتصنيف حسب التعديلات الكيميائية التي تحللها الطريقة الجديدة؛ لا يمكن تشخيص جميع أنواع السرطان بهذه الطريقة.

تعد الطريقة الجديدة جزءًا من حركة واسعة النطاق نحو تحقيق الدقة الجزيئية في تشخيص الأورام، مما قد يسمح للعلماء بتطوير علاجات مستهدفة تكون أقل ضررًا على الجهاز العصبي. لكن ترجمة المعرفة العميقة بالأورام إلى علاجات جديدة ثبت أنها صعبة.

قال الدكتور كوهين: «لقد حققنا بعض المكاسب، ولكن ليس بنفس القدر في العلاج كما هو الحال في فهم المظهر الجزيئي للأورام».