جاسوسی نانویی در خون؛ شناسایی سرطان و گرفتگی عروق با هوش مصنوعی

پروفسور مرتضی محمودی؛ استادیار گروه رادیولوژی و برنامه سلامت دقیق در دانشکده پزشکی انسانی دانشگاه میشیگان و همکارانش با استفاده از نانوذرات و هوش مصنوعی موفق شدند در میان حجم عظیمی از داده‌های خون، سرنخ‌هایی از بیماری‌هایی مانند سرطان پروستات پیشرفته و گرفتگی عروق بیابند. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز تشخیص زودهنگام و درمان‌های هدفمند پزشکی شود.

پژوهشگران دانشگاه ایالتی میشیگان با ترکیب نانوپزشکی، هوش مصنوعی و تحلیل روابط، موفق شدند نشانگرهای زیستی نادر مرتبط با سرطان پروستات متاستاتیک و آترواسکلروز را در خون شناسایی کنند.

تشخیص نشانگرهای زیستی نادر (بیومارکرها) در خون به همان دشواری پیدا کردن یک نفر با لباس متفاوت در میان 75 هزار نفر هوادار حاضر در ورزشگاه است. حال اگر این مقایسه را به ابعاد 100 هزار ورزشگاه تعمیم دهیم، می‌توان تصور کرد که دانشمندان با چه حجمی از داده‌ها و پیچیدگی‌ها مواجه‌اند.

برای عبور از این چالش، تیمی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی میشیگان (Michigan State University) با همکاری دانشمندانی از دانشگاه آگوستا، مؤسسه کارولینسکا و دانشگاه استنفورد، رویکردی نوین ارائه کرده‌اند که در آن نانوپزشکی، هوش مصنوعی و تحلیل‌های علّی به‌طور هم‌افزا برای کشف نشانگرهای زیستی بیماری به کار گرفته شده‌اند.

در این پژوهش، تمرکز اصلی بر شناسایی نشانگرهای مربوط به سرطان پروستات متاستاتیک (گسترش‌یافته) و بیماری آترواسکلروز (گرفتگی عروق) بوده است؛ دو بیماری که تشخیص زودهنگام آن‌ها می‌تواند نقش حیاتی در پیشگیری از پیشرفت بیماری و انتخاب درمان مؤثر داشته باشد.

پروفسور مرتضی محمودی، استادیار گروه رادیولوژی و برنامه سلامت دقیق در دانشکده پزشکی انسانی دانشگاه میشیگان، در این باره توضیح می‌دهد: پلاسما، حاوی مجموعه‌ای پیچیده از پروتئین‌هاست، اما پروتئین‌های بسیار کم‌یاب همان‌هایی هستند که اطلاعات حیاتی درباره وضعیت سلامت یا وجود بیماری ارائه می‌دهند.

برای شناسایی این پروتئین‌های نادر، پژوهشگران از نانوذراتی نامرئی برای چشم انسان استفاده کردند و آن‌ها را به نمونه‌های پلاسما افزودند. سپس با به‌کارگیری هوش مصنوعی و تحلیل علّی واقعی، داده‌های به‌دست‌آمده را بررسی کردند تا بتوانند الگوهای پنهان در این میان را آشکار سازند.

این نخستین‌بار است که چهار مفهوم «نانوپزشکی»، «پروتئین کرونا»، «هوش مصنوعی» و «تحلیل علّی واقعی» به‌صورت هم‌زمان در خدمت شناسایی علل بیماری قرار گرفته‌اند.

محمودی می‌افزاید: ما با این روش توانستیم نشانگرهای زیستی بالقوه برای سرطان پروستات متاستاتیک و آترواسکلروز را شناسایی کنیم. این گامی مهم برای توسعه روش‌های تشخیص زودهنگام و درمان‌های هدفمند است.

پژوهشگران دیگر دانشگاه میشیگان از جمله دکتر محمد قاسمی، برزوی بنک‌دارپور و لیان‌لیانگ سان نیز در پیشبرد این تحقیق نقش کلیدی ایفا کرده‌اند. این پروژه با حمایت مالی نهادهایی مانند انجمن قلب آمریکا (AHA)، برنامه پژوهشی سرطان پروستات وزارت دفاع آمریکا، مؤسسه ملی سرطان (NCI) و بنیاد ملی علوم (NSF) انجام شده است.

نتایج کامل این پژوهش در مجله معتبر Chemical Engineering Journal منتشر شده و می‌تواند پایه‌ای برای توسعه فناوری‌های پیشرفته در حوزه پزشکی دقیق (Precision Medicine) باشد؛ حوزه‌ای که هدف آن، طراحی درمان‌هایی منحصربه‌فرد برای هر فرد بر اساس نشانگرهای زیستی شخصی اوست.