Νέα AI εργαλείο προβλέπει τον μεταστατικό κίνδυνο σε πολλαπλούς καρκίνους
Γιατί μερικοί όγκοι εξαπλώνονται ενώ άλλοι παραμένουν τοπικοί; Οι μηχανισμοί που διέπουν την μεταστατική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων παραμένουν σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι. Ωστόσο, η κατανόηση αυτού του φαινομένου είναι ζωτικής σημασίας για την βελτίωση της φροντίδας των ασθενών. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE) ανακάλυψαν τα κριτήρια που επηρεάζουν τον κίνδυνο μετάστασης, αναγνωρίζοντας υπογραφές γονιδιακής έκφρασης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της πιθανότητας αυτής. Η ομάδα δημιούργησε ένα εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης, το MangroveGS, ικανό να μετατρέπει αυτά τα δεδομένα σε προβλέψεις για πολλές μορφές καρκίνου με απαράμιλλη αξιοπιστία.
Η καρκινική ανάπτυξη ως διαταραγμένη ανάπτυξη
«Η προέλευση του καρκίνου συχνά αποδίδεται σε ‘αναρχικά κύτταρα’», εξηγεί ο Άριελ Ρουίς ι Αλτάμπα, καθηγητής στο Τμήμα Γενετικής Ιατρικής και Ανάπτυξης της Ιατρικής Σχολής του UNIGE, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης. «Ωστόσο, ο καρκίνος θα πρέπει να κατανοηθεί ως μια διαταραγμένη μορφή ανάπτυξης». Πράγματι, υπό την επίδραση γενετικών και επιγενετικών αλλαγών, προγράμματα που είχαν κατασταλεί κατά την ανάπτυξη του οργανισμού και των ιστών επανενεργοποιούνται, οδηγώντας στη δημιουργία ενός όγκου.
Έτσι, ο καρκίνος δεν είναι απλώς ένα τυχαίο ατύχημα, αλλά ακολουθεί ένα οργανωμένο πρόγραμμα. «Η πρόκληση είναι να βρούμε τα κλειδιά για την κατανόηση της λογικής και της μορφής του. Και, στην περίπτωση των μεταστάσεων, να προσδιορίσουμε τα χαρακτηριστικά των κυττάρων που θα αποσπαστούν από τον όγκο για να δημιουργήσουν έναν νέο σε άλλο σημείο του σώματος».
Η σημασία της έγκαιρης διάγνωσης
Η μετάσταση παραμένει η κύρια αιτία θανάτου σε πολλές μορφές καρκίνου, όπως ο καρκίνος του παχέος εντέρου, του μαστού και των πνευμόνων. Αυτή τη στιγμή, το πρώτο ανιχνεύσιμο σημάδι της μεταστατικής διαδικασίας είναι η παρουσία κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων στο αίμα ή στο λεμφικό σύστημα. Ωστόσο, σε αυτό το στάδιο, είναι ήδη πολύ αργά για να αποτραπεί η εξάπλωσή τους. Ενώ οι μεταλλάξεις που οδηγούν στη δημιουργία των αρχικών όγκων είναι καλά κατανοητές, καμία μεμονωμένη γενετική αλλοίωση δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί, γενικά, ορισμένα κύτταρα μεταναστεύουν και άλλα όχι.
Η καινοτομία του MangroveGS
Η δυσκολία έγκειται στο να προσδιορίσουμε την πλήρη μοριακή ταυτότητα ενός κυττάρου – μια ανάλυση που το καταστρέφει – ενώ παρατηρούμε τη λειτουργία του, η οποία απαιτεί να παραμένει ζωντανό. «Για τον σκοπό αυτό, απομονώσαμε, κλωνοποιήσαμε και καλλιεργήσαμε καρκινικά κύτταρα», προσθέτει η Άρβεν Κονόντ, ανώτερη λέκτορας στο Τμήμα Γενετικής Ιατρικής και Ανάπτυξης του UNIGE και συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Αυτοί οι κλώνοι αξιολογήθηκαν στη συνέχεια in vitro και σε μοντέλο ποντικού για να παρατηρήσουμε την ικανότητά τους να μεταναστεύουν μέσω ενός πραγματικού βιολογικού φίλτρου και να δημιουργούν μεταστάσεις».
Η ανάλυση της έκφρασης αρκετών εκατοντάδων γονιδίων, που πραγματοποιήθηκε σε περίπου τριάντα κλώνους από δύο πρωτογενείς όγκους του παχέος εντέρου, αποκάλυψε γονιδιακές εκφράσεις που σχετίζονται στενά με την μεταναστευτική τους ικανότητα. Σε αυτό το πλαίσιο, η ακριβής εκτίμηση του μεταστατικού δυναμικού δεν εξαρτάται από το προφίλ ενός μεμονωμένου κυττάρου, αλλά από το σύνολο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ σχετικών καρκινικών κυττάρων που σχηματίζουν μια ομάδα.
Οι υπογραφές γονιδιακής έκφρασης που αποκτήθηκαν ενσωματώθηκαν σε ένα μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που ανέπτυξε η ομάδα της Γενεύης. «Η μεγάλη καινοτομία του εργαλείου μας, που ονομάζεται ‘Mangrove Gene Signatures (MangroveGS)’, είναι ότι εκμεταλλεύεται δεκάδες, ακόμη και εκατοντάδες, γονιδιακές υπογραφές. Αυτό το καθιστά ιδιαίτερα ανθεκτικό σε ατομικές παραλλαγές», εξηγεί ο Αραβίντ Σρινιβάσαν, υποψήφιος διδάκτωρ στο Τμήμα Γενετικής Ιατρικής και Ανάπτυξης του UNIGE και συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Μετά την εκπαίδευση, το μοντέλο πέτυχε ακρίβεια σχεδόν 80% στην πρόβλεψη της εμφάνισης μεταστάσεων και υποτροπής του καρκίνου του παχέος εντέρου, ένα αποτέλεσμα που είναι κατά πολύ ανώτερο από τα υπάρχοντα εργαλεία. Επιπλέον, οι υπογραφές που προέρχονται από τον καρκίνο του παχέος εντέρου μπορούν επίσης να προβλέψουν το μεταστατικό δυναμικό άλλων καρκίνων, όπως του στομάχου, των πνευμόνων και του μαστού.
