Tim sa Instituta Maks Plank za nauku o svetlosti (MPL) u Erlangenu kreirao je novu, brzu i preciznu metodu za kliničare za analizu ćelija u uzorcima tkiva pacijenata obolelih od raka bez potrebe za obučenim patologom. Oni koriste veštačku inteligenciju da procene podatke koje njihova metoda proizvodi.
Tokom operacije karcinoma, potrebne su brze i tačne informacije o operisanom tkivu da bi se hirurg vodio naredne korake. Kada operišete pacijenta sa rakom sa čvrstim tumorom, hirurg će poslati uzorak biopsije patologu radi brze procene. Patolog treba da proceni, na primer, da li je tkivo zdravo ili ne ili koliko se rak proširio na organe. Konvencionalni proces takve intraoperativne dijagnoze je vremenski, resursno i radno intenzivan.
Ali šta ako postoji metoda koja može da uradi ovu analizu čvrstih tumora za samo 30 minuta, tačno i u odsustvu obučenog patologa? To je upravo rezultat napora naučnika iz MPL-a i Mak-Planck-Zentrum fur Phisik und Medizin (MPZPM), u saradnji sa Friedrich-Alekander-Universitat Erlangen-Nurnberg, Univerzitetskom bolnicom Erlangen i Fraunhofer institutom za proces. Automatizacija (IPA) u Manhajmu.
U studiji objavljenoj u Nature Biomedical Engineering, tim oko dr Despine Soteriu, dr Markete Kubankove i direktora MPL prof. Jochena Guka koristi mlin za tkivo, razvijen od strane IPA, da brzo razdvoji uzorke biopsije do nivoa jedne ćelije.
Ove pojedinačne ćelije se zatim analiziraju korišćenjem citometrije deformabilnosti u realnom vremenu (RT-DC), metode bez oznaka razvijene u Guck laboratoriji. Sa njim mogu analizirati fizička svojstva do 1.000 ćelija u sekundi. Ovo je 36 hiljada puta brže od starijih, „tradicionalnijih“ metoda za analizu deformabilnosti ćelija.
U RT-DC, pojedinačne ćelije se guraju velikom brzinom kroz mikroskopski kanal, gde se deformišu pod stresom i pritiskom. Slika se slika svake ćelije.
Na osnovu slika, naučnici određuju različite fizičke osobine ćelija, kao što su njihova veličina, oblik ili deformabilnost. Kubankova objašnjava prednosti fokusiranja na fizičke atribute ćelija: „Kada odete kod svog doktora, on ili ona ne samo da vas gleda, već i vrši fizički pregled i opipa delove vašeg tela. Sa tradicionalnim metodama za analizu uzorak biopsije, patolog može samo da pogleda ćelije. Možemo da uradimo fizički pregled pojedinačnih ćelija, i to nam daje mnogo više informacija za rad.“
Za dijagnostiku nije dovoljno samo fizički pregled ćelija. Lekari moraju biti u stanju da procene ove rezultate bez pomoći obučenog patologa ili fizičara. Da bi to postigla, MPL grupa je kombinovala mlin za tkivo i RT-DC sa trećim alatom: veštačkom inteligencijom (AI).
AI model procenjuje velike kompleksne skupove podataka dobijene RT-DC analizom i brzo procenjuje da li uzorak biopsije sadrži tumorsko tkivo ili ne. Upotreba AI takođe je potvrdila važnost deformabilnosti ćelije kao biomarkera, pošto su rezultati bili znatno lošiji kada AI nije bio obučen sa ovom varijablom. Sve u svemu, cela procedura, uključujući obradu uzoraka i automatizovanu analizu podataka, traje manje od 30 minuta i stoga je dovoljno brza da se uradi tokom operacije.
Važno je da patolog ne mora biti lako dostupan da bi procenio uzorak. Ovo je velika prednost, jer intraoperativne konsultacije nisu uvek moguće, a na nekim mestima se uzorci mogu analizirati tek po završetku operacije. U zavisnosti od rezultata, to često znači da nekoliko dana kasnije pacijent mora da se vrati u bolnicu na drugu operaciju.
Pored testiranja na prisustvo tumora, metoda je korišćena i za otkrivanje zapaljenja tkiva u modelu inflamatorne bolesti creva (IBD). U budućnosti bi metoda mogla pomoći kliničarima da procene ozbiljnost bolesti ili da razlikuju različite tipove IBD.
Tim ima za cilj da jednog dana prenese svoj metod u kliničko okruženje kako bi pomogao ili čak zamenio klasičnu patološku analizu. Soteriu je zadovoljan rezultatima njihove studije: „Ovo je bio dokaz konceptualne studije — metoda je mogla veoma brzo precizno utvrditi prisustvo tumorskog tkiva u našim uzorcima. Sledeći korak će biti nastavak tesne saradnje sa kliničarima kako bi se utvrdilo kako se ovaj metod najbolje može prevesti u kliniku.
Direktor MPL-a i trenutni govornik MPZPM-a, prof. Guk komentariše: „Ovo je prvi veliki uspeh novog MPZPM-a i odličan primer kako novi fizički pristupi mogu doprineti unapređenju dugotrajnih problema u kliničkoj medicini, kao što su tačna dijagnoza karcinoma. Sa završetkom zgrade MPZPM u medicinskom kampusu sledećeg leta, suštinske interakcije između fizičara i kliničkih istraživača će postati još učestalije i značajnije, a može se očekivati još takvih prodornih rezultata.“
