مطالب
حل معمای 100 ساله سرطان توسط هوش مصنوعی
پژوهشگران برای نخستین بار موفق شدهاند با کمک یک سیستم پیشرفته هوش مصنوعی، سلولهایی را شناسایی کنند که دچار خطاهای نادر کروموزومی هستند. خطاهایی که بیش از صد سال پیش به عنوان یکی از جرقههای آغاز سرطان مطرح شده بودند، اما بررسی دقیق آنها همواره چالشی بزرگ محسوب میشد.
ماجرا به سال ۱۹۱۴ بازمیگردد. زمانی که «تئودور بووری»، دانشمند آلمانی، با مشاهده سلولها زیر میکروسکوپ، نظریهای جسورانه ارائه داد: “به هم ریختگی در کروموزومها میتواند سلول سالم را به سمت سرطانی شدن سوق دهد.”
حالا، بیش از یک قرن بعد، محققان آزمایشگاه زیستشناسی مولکولی اروپا (EMBL) ، ابزاری ساختهاند که این فرضیه قدیمی را با دقتی بیسابقه بررسی میکند.
مشکل اصلی در مطالعه این ناهنجاریها همیشه یک چیز بوده است: کمیاب بودن.
در هر جمعیت سلولی، فقط تعداد بسیار محدودی از سلولها دچار این اختلالات میشوند و اغلب هم خیلی زود از بین میروند. روشهای سنتی مانند بررسی دستی زیر میکروسکوپ، نه تنها زمانبر و خسته کننده بودند، بلکه احتمال خطا در آنها بالا بود.
برای حل این مشکل، دانشمندان با ترکیب میکروسکوپ خودکار، توالییابی تکسلولی و هوش مصنوعی، سیستمی به نامMAGIC طراحی کردهاند؛ سیستمی که عملکردش شبیه یک «شکارچی فوق هوشمند» است.
مرحله اول
در مرحله اول، یک الگوریتم یادگیری ماشین که با هزاران تصویر آموزش دیده، به طور خودکار تصاویر میکروسکوپی را بررسی میکند تا سلولهایی با نشانههای خاص را پیدا کند.
در این پژوهش، تمرکز روی «میکرونوکلئوسها» بوده؛ ساختارهای کوچکی درون سلول که قطعات جدا شده DNA را در خود نگه میدارند و زنگ خطر بیثباتی کروموزومی و احتمال بروز سرطان محسوب میشوند.
مرحله دوم
به محض شناسایی سلول مشکوک، سیستم مختصات آن را به میکروسکوپ ارسال میکند. سپس یک پرتو لیزر بسیار دقیق به همان سلول تابانده میشود و با فعالسازی یک رنگ فلورسنت حساس به نور، آن سلول بهصورت دائمی «علامتگذاری» میشود؛ چیزی شبیه یک تگ لیزری.
مرحله سوم
این سلولهای علامت خورده زنده میمانند و میتوان آنها را به راحتی از سایر سلولها جدا کرد. در ادامه، ژنوم این سلولهای نادر با روشهای پیشرفتهای مانند توالییابی تکسلولی، به طور کامل تحلیل میشود.
نتایج استفاده از MAGIC
- سرعت و مقیاس پژوهش هزاران برابر افزایش یافته
- میزان خطا قابل اندازهگیری شده
- نقش ژنهای کلیدی و عوامل دیگری مثل شکستگیهای DNA در ایجاد بیثباتی کروموزومی با دقت بیشتری بررسی شده
نکته مهمتر اینجاست که MAGIC فقط به شناسایی میکرونوکلئوسها محدود نمیشود.
هر ویژگی سلولی که بتوان آن را به صورت بصری از سلولهای عادی تشخیص داد، میتواند به کمک این سیستم شناسایی شود. به همین دلیل، این فناوری پتانسیل بالایی برای استفاده در تحقیقات مربوط به سرطان، پیری، بیماریهای عصبی و حتی زیست شناسی پایه دارد.
به گفته پژوهشگران، این دستاورد گامی تاریخی در مسیر فهم اولین و مرموزترین لحظاتی است که یک سلول سالم را به سمت سرطانی شدن سوق میدهد؛ گامی که میتواند راه را برای روشهای نوین پیشگیری، تشخیص زودهنگام و درمان سرطان هموار کند.
منبع:
