ابتكار أداة ذكاء اصطناعى تكشف ما يجذب الخلايا المناعية للأورام والعكس

طور باحثون في مركز إم دي أندرسون للسرطان التابع لجامعة تكساس، بالتعاون مع مؤسسات أخرى في تكساس، نموذجًا للذكاء الاصطناعي يساعد في تفسير كيفية وصول الخلايا المناعية إلى مواقع مُحددة في الجسم، ولماذا تتجنب مواقع أخرى.

وبحسب موقع "Medical xpress"، قد تُسهم هذه النتائج في مساعدة العلماء على فهم السرطان وأمراض المناعة الذاتية، والاستجابة للعلاج بشكل أفضل.

كيف تعمل أداة الذكاء الاصطناعي الجديدة هذه؟

قال تاو وانغ، الباحث الرئيسى بالدراسة: "بينما تُظهر التقنيات المكانية مواقع الخلايا المناعية، تساعدنا هذه الأداة الجديدة على دراسة سبب تجمعها في مناطق معينة وكيفية وصولها إلى الخلايا السرطانية والتعرف عليها، ومن خلال تحديد الإشارات المحلية التي تجذب الخلايا المناعية، بالإضافة إلى الحواجز المحتملة التي قد تمنعها من الدخول، قد نتمكن من تحديد المؤشرات الحيوية والأهداف العلاجية التي يمكن استخدامها لتحسين نتائج المرضى".

تستخدم الأداة، المعروفة باسم التحليل المكاني للتفاعل الخلوي والتجنيد (SPACER)، علم النسخ المكاني، وهي تقنية جزيئية تقيس نشاط الجينات داخل الأنسجة السليمة لتسليط الضوء على الجينات التي يتم التعبير عنها وأين.

كثيراً ما يقارن العلماء حركة الخلايا بنظام البريد، لكنهم لم يفهموا سابقاً بشكل كامل الإشارات، أو الرموز البريدية، التي توجه الخلايا إلى الأماكن الصحيحة، وقد طور الباحثون برنامج SPACER لمحاولة فك شفرة هذه الإشارات.

تستطيع العديد من نماذج الذكاء الاصطناعي تقديم تنبؤات دقيقة، لكنها غالباً ما تعمل كـ"صناديق سوداء" لا تستطيع تفسير كيفية وصولها إلى استنتاجاتها، أما برنامج SPACER فهو مختلف لأنه مبني على كيفية تنظيم الأنسجة في الجسم.

بدلاً من التعامل مع الخلايا كوحدات معزولة، تفحص الأداة مجموعات من الخلايا المتجاورة وكيفية عملها معًا. وهذا يجعل تنبؤات النموذج أسهل فهمًا، ويساعد الباحثين على اكتشاف رؤى بيولوجية جديدة، بالإضافة إلى وضع التنبؤات.

طبق الفريق نموذج SPACER على 37 مجموعة بيانات تمثل أنواعًا مختلفة من السرطان، وفي مهام التقييم المعياري، كان النموذج أكثر فعالية من الأساليب الحالية بمقدار يتراوح بين أربعة إلى 21 ضعفًا في تحديد الإشارات ذات الدلالة البيولوجية المرتبطة بتجنيد الخلايا.

ما أهم النتائج التي تم التوصل إليها باستخدام برنامج SPACER؟

كان من أهم النتائج أن الخلايا المناعية تستجيب بشكل أساسي للإشارات الموجودة في محيطها المباشر بدلاً من الإشارات المنتشرة في أماكن أخرى من الجسم.

وكشفت دراسة SPACER أن الأورام التي تُظهر جيناتٍ مُشاركة في عرض المستضدات، وهي العملية التي تعرض من خلالها الخلايا أجزاءً بروتينيةً لتفحصها الخلايا المناعية، كانت أكثر عرضةً لجذب الخلايا التائية، وهذا يُشير إلى أن التفاعلات الموضعية بين الأورام والخلايا المناعية تُساعد في تحديد ما إذا كانت الخلايا المناعية ستدخل الورم أم لا.

بالإضافة إلى ذلك، كشف الباحثون عن أدلة تشير إلى أن الميوسينات، وهي عائلة من البروتينات الكبيرة المغلفة بالسكر والتي تنتجها العديد من أنواع السرطان، قد تساعد في تكوين حواجز فيزيائية تمنع الخلايا التائية من الوصول إلى الأورام، وفي العديد من مجموعات بيانات سرطان الجلد وسرطان المعدة، ارتبطت الأورام ذات المستويات الأعلى من الميوسينات باستجابة أضعف لمثبطات نقاط التفتيش المناعية ونتائج أسوأ للمرضى.

هل يمكن استخدام البرنامج لعلاج أمراض أخرى؟

أظهر تطبيق برنامج SPACER على بيانات من نماذج ما قبل السريرية لالتهاب عضلة القلب المرتبط بالعلاج المناعي، أو التهاب القلب، تحديد مناطق في القلب وإشارات جزيئية مرتبطة بتجنيد الخلايا التائية. وأشارت الأداة إلى أن الخلايا التائية الموجبة لـ CD4 قد تلعب دورًا أكبر في إحداث التهاب حاد في القلب مما كان يُعتقد سابقًا.

يعتقد الباحثون أن جهاز SPACER يمكن استخدامه كأداة تشخيصية لعلاجات السرطان ولتحسين فهم الأمراض والسيناريوهات التي تكون فيها حركة الخلايا وتحديد مواقعها مهمة، بما في ذلك اضطرابات المناعة الذاتية وإصلاح الأنسجة والتئام الجروح.

قال لينغوا وانغ: "هدفنا هو فهم كيفية تواصل الخلايا وكيف تؤثر هذه الإشارات على استجابة العلاج ونتائج المرضى.

ويُعد مشروع SPACER خطوةً مثيرةً نحو فكّ شفرة هذه اللغة، مما يسمح لنا بربط الأنماط التي نراها في الأنسجة بالأسس البيولوجية التي قد تفسرها. وهذا يساعدنا على تحويل هذه الرؤى إلى أفكار جديدة يمكننا اختبارها في المختبر.