Sztuczna inteligencja śledzi tysiące komórek raka mózgu w żywej tkance

Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali opracowali metodę o nazwie GlioTrace, która łączy mikroskopię z uczeniem maszynowym i pozwala obserwować, jak pojedyncze komórki glejaka wielopostaciowego przemieszczają się w żywej tkance mózgu. Metoda pokazuje też, jak komórki zmieniają sposób poruszania się i jak reagują na leczenie.

Dlaczego glejak tak trudno wyleczyć

Glejak wielopostaciowy (glioblastoma) należy do najbardziej agresywnych nowotworów mózgu. Jednym z powodów, dla których tak trudno go leczyć, jest to, że komórki guza wnikają w otaczającą zdrową tkankę, poza obszar, który można usunąć chirurgicznie. Pozostawione komórki mogą przyczynić się do nawrotu choroby po terapii.

Dotąd badacze widzieli głównie pojedyncze „migawki” tego procesu. Nowe podejście pozwala śledzić go w czasie. Wyniki opisano w czasopiśmie „Nature Communications”.

Jak przebiegało badanie

Zespół pracował na komórkach glejaka pochodzących od sześciu pacjentów. Wyhodowano z nich guzy w mózgach myszy, a same mózgi pocięto na cienkie skrawki i utrzymywano przy życiu w laboratorium. Automatyczny mikroskop fotografował skrawki co najwyżej co dwie godziny, nawet do pięciu dni.

System uczenia maszynowego rozpoznawał i śledził pojedyncze komórki, a modele statystyczne pozwalały obliczyć, jak komórki przechodzą między różnymi stanami. Okazało się, że guzy wyraźnie się różnią: część rozprzestrzenia się głównie wzdłuż naczyń krwionośnych, inne – bardziej rozproszenie w tkance. Co więcej, pojedyncza komórka potrafiła w ciągu kilku dni zmienić kształt i sposób ruchu, a nawet przejść z wędrówki wzdłuż naczyń do samodzielnego przemieszczania się przez tkankę.

– Najbardziej zaskoczyło nas, jak elastyczne są komórki guza – mówi Madeleine Skeppås, doktorantka z Uniwersytetu w Uppsali i współautorka badania.

Wpływ leków i ograniczenia metody

Badacze sprawdzili za pomocą GlioTrace także działanie leków. Dwie substancje ograniczały ruch i rozsiew komórek w skrawkach mózgu, ale efekty różniły się w zależności od guza pochodzącego od konkretnego pacjenta oraz od typu wędrujących komórek.

W niektórych modelach połączenie radioterapii i chemioterapii zwiększało odsetek komórek o określonym kształcie. Należały one do najszybszych i zajmowały centralne miejsce w sieci przejść między stanami komórek. Może to oznaczać, że takie inwazyjne komórki przetrwają leczenie, ale autorzy podkreślają, że potrzeba dalszych badań, by ustalić, czy są bardziej oporne na terapię lub czy odpowiadają za nawroty.

Metoda ma przewagę nad technikami obrazującymi tylko małe fragmenty mózgu: pozwala śledzić komórki na całych skrawkach, używając standardowych mikroskopów. Oprogramowanie analityczne jest bezpłatnie dostępne dla innych badaczy.

Co to oznacza dla pacjentów

To na razie narzędzie badawcze, a nie metoda stosowana w szpitalach. Sam autor badania, Hitesh Mangukiya, zaznacza, że potrzebne są kolejne badania, zanim GlioTrace mogłaby pomagać w decyzjach o leczeniu pacjentów. Praca była prowadzona na modelach laboratoryjnych, więc nie przekłada się jeszcze na nową terapię.

Dla polskich pacjentów i lekarzy oznacza to przede wszystkim lepsze zrozumienie mechanizmów, które stoją za nawrotami glejaka. Ponieważ oprogramowanie jest otwarte dla naukowców, mogą z niego korzystać także ośrodki badawcze w Polsce i w innych krajach UE. W dłuższej perspektywie takie narzędzia mogą pomóc w poszukiwaniu leków, które będą blokować rozsiew komórek nowotworowych, a także w dopasowywaniu terapii do cech konkretnego guza. Na praktyczne efekty trzeba jednak poczekać.

Źródło: Medical Xpress – „AI-powered imaging tracks thousands of brain cancer cells moving through living tissue”