سيعمل الذكاء الاصطناعي على تحسين تشخيص وعلاج أمراض المناعة الذاتية

يمكن أن تؤدي خوارزمية الذكاء الاصطناعي المتقدمة الجديدة (AI) إلى تنبؤات أكثر دقة وأقدم، فضلاً عن تطوير علاجات جديدة لأمراض المناعة الذاتية، حيث يهاجم الجهاز المناعي عن طريق الخطأ خلايا وأنسجة الجسم السليمة. تقوم الخوارزمية بتحليل الشفرة الجينية الكامنة وراء هذه الحالات لتكوين نموذج أكثر دقة لكيفية التعبير عن الجينات المرتبطة بأمراض مناعة ذاتية محددة وتنظيمها، ولتحديد جينات الخطر الإضافية.

أفاد الباحثون أن العمل الذي طوره فريق من الباحثين من كلية الطب بجامعة بنسلفانيا يتفوق على المنهجيات الحالية ويحدد 26% من ارتباطات السمات الجينية الجديدة. تم نشر أعمالهم اليوم في Nature Communications.

"لدينا جميعًا طفرات في الحمض النووي الخاص بنا، ونحن بحاجة إلى فهم كيف يمكن لأي من هذه الطفرات أن تؤثر على التعبير عن الجينات المرتبطة بالمرض حتى نتمكن من التنبؤ بمخاطر المرض في وقت مبكر. وهذا مهم بشكل خاص لأمراض المناعة الذاتية." وقال داجيانغ ليو، الأستاذ المتميز ونائب رئيس الأبحاث ومدير الذكاء الاصطناعي والمعلوماتية الطبية الحيوية في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا والمؤلف المشارك للدراسة.

"إذا كانت خوارزمية الذكاء الاصطناعي قادرة على التنبؤ بدقة أكبر بمخاطر الأمراض، فهذا يعني أنه يمكننا التدخل مبكرًا."

علم الوراثة وتطور الأمراض

غالبًا ما يكمن علم الوراثة في تطور الأمراض. يمكن أن تؤثر الاختلافات في الحمض النووي على التعبير الجيني، وهي العملية التي يتم من خلالها تحويل المعلومات الموجودة في الحمض النووي إلى منتجات وظيفية مثل البروتين. مدى قوة أو ضعف التعبير عن الجين يمكن أن يؤثر على خطر الإصابة بالأمراض.

يمكن لدراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS)، وهي منهج شائع في أبحاث علم الوراثة البشرية، تحديد مناطق الجينوم المرتبطة بمرض أو سمة معينة، ولكنها لا تستطيع تحديد جينات معينة تؤثر على خطر المرض. إنه يشبه مشاركة موقعك مع صديق، ولكن بدون الضبط الدقيق على هاتفك الذكي - قد تكون المدينة واضحة، ولكن العنوان مخفي.

الطرق الحالية محدودة أيضًا في تفاصيل التحليل. قد يكون التعبير الجيني محددًا لأنواع معينة من الخلايا. إذا لم يميز التحليل بين أنواع الخلايا المختلفة، فقد تفوت النتائج علاقات السبب والنتيجة الحقيقية بين المتغيرات الجينية والتعبير الجيني.

طريقة EXPRESSO

تستخدم طريقة الفريق، التي تسمى EXPRESSO (التنبؤ بالتعبير مع إحصائيات ملخصة فقط)، خوارزمية ذكاء اصطناعي أكثر تقدمًا وتحلل البيانات من توقيعات التعبير الكمي للخلايا وحيدة النواة التي تربط المتغيرات الجينية بالجينات التي تنظمها.

كما أنه يدمج البيانات الجينومية ثلاثية الأبعاد وعلم الوراثة اللاجينية، الذي يقيس كيفية تعديل الجينات بواسطة البيئة للتأثير على المرض. قام الفريق بتطبيق EXPRESSO على مجموعات بيانات GWAS لـ 14 من أمراض المناعة الذاتية، بما في ذلك الذئبة، مرض كرون، التهاب القولون التقرحي والتهاب المفاصل الروماتويدي.

"باستخدام هذه الطريقة الجديدة، تمكنا من تحديد العديد من جينات الخطر لأمراض المناعة الذاتية التي لها بالفعل تأثيرات محددة على نوع الخلية، مما يعني أنها تؤثر فقط على نوع معين من الخلايا وليس غيرها،" قال بيبو جيانغ، الأستاذ المساعد. من كلية الطب بجامعة بنسلفانيا وكبير مؤلفي الدراسة.

التطبيقات العلاجية المحتملة

استخدم الفريق هذه المعلومات لتحديد العلاجات المحتملة لأمراض المناعة الذاتية. ويقولون إنه لا توجد حاليًا خيارات علاجية جيدة على المدى الطويل.

"تهدف معظم العلاجات إلى تخفيف الأعراض بدلاً من علاج المرض. وهذه معضلة، مع العلم أن أمراض المناعة الذاتية تتطلب علاجًا طويل الأمد، لكن العلاجات الحالية غالبًا ما يكون لها آثار جانبية سيئة بحيث لا يمكن استخدامها على المدى الطويل. ومع ذلك، وقالت لورا كاريل، أستاذة الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا والمؤلفة المشاركة في الدراسة: "يوفر علم الجينوم والذكاء الاصطناعي طريقًا واعدًا لتطوير علاجات جديدة".

أشار عمل الفريق إلى مركبات دوائية يمكنها عكس التعبير الجيني في أنواع الخلايا المرتبطة بأمراض المناعة الذاتية، مثل فيتامين K لعلاج التهاب القولون التقرحي والميتفورمين، والذي عادة ما يكون موصوف لمرض السكري من النوع مرض السكري من النوع 2، لمرض السكري من النوع الأول. ومن الممكن إعادة استخدام هذه الأدوية، التي تمت الموافقة عليها بالفعل من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) باعتبارها آمنة وفعالة لعلاج أمراض أخرى.

يعمل فريق البحث مع زملائه لاختبار النتائج التي توصلوا إليها في المختبر وفي نهاية المطاف في التجارب السريرية.

قاد الدراسة ليدا وانغ، طالبة الدكتوراه في برنامج الإحصاء الحيوي، وشاكريت خونسريراكساكول، الذي حصل على درجة الدكتوراه في المعلوماتية الحيوية وعلم الجينوم في عام 2022 ودرجة الطب في مايو من جامعة بنسلفانيا. ومن بين المؤلفين الآخرين من كلية الطب بجامعة بنسلفانيا، هافيل ماركوس، الذي يسعى للحصول على درجة الدكتوراه في الطب ودرجة الطب؛ وديي تشين، طالب دكتوراه؛ فان تشانغ، طالب دراسات عليا؛ وفانغ تشن، زميل ما بعد الدكتوراه. وانضم أيضًا إلى العمل شياووي تشانغ، الأستاذ المساعد في المركز الطبي الجنوبي الغربي بجامعة تكساس.