Hazai fejlesztés hozhat áttörést a rákkezelésben

Világviszonylatban is újdonságnak számító, mesterséges intelligenciára épülő képfeldolgozásos eljárást dolgoztak ki az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) kutatói. A módszer hozzájárulhat a többi között a daganatos betegségek korai diagnosztikájához és a célzott kezelés továbbfejlesztéséhez egyaránt.

A mesterséges intelligencia vezérelte mikroszkópos képelemzésben rejlő sejtanalitikai lehetőségek orvosbiológiai jelentősége vitathatatlan. Az eljárásnak – az egyes sejtek funkcionalitását meghatározó fehérjék elemzésének szintjéig történő – fejlesztésével felbecsülhetetlen információ nyerhető ki diagnosztikai és terápiás célokra - mutatott rá közleményben az ELKH. Az SZBK-ban dr. Horváth Péter, a Biokémiai Intézet igazgatója és kutatócsoportja hosszú évek óta világviszonylatban is kiemelkedő eredményeket ér el a mesterséges intelligenciát alkalmazó mikroszkópos képfeldolgozásban. Ma már a témában együttműködő legjelentősebb partnerek is nagyban építenek a szegedi kutatók szaktudására. A dél-alföldi laborban rutineljárásnak számít a szöveteket felépítő egyedi sejtek precíz jellemzésére alkalmas egysejt-analízis, amely jelentős hozzáadott értéket képvisel a rendszerbiológiai és az orvostudományi kutatásokban.

A kutatók az egyedi sejtek felismerésére képes képfeldolgozó és sejtkinyerő módszert most olyan szuperérzékeny egysejt-proteomikai eljárással kombinálták, amely a kóros sejtek morfológiai eltérésein túl a sejteken belüli rendellenes fehérjeváltozásokat is képes rendkívüli pontossággal leírni. A sejt teljes fehérjetartalmának elemzése kulcsfontosságú információkkal szolgál az élettani és a kóros sejtműködések jobb megértéséhez, így kiemelkedő a szerepe például a daganatos kórfolyamatok részletes jellemzésében, ezáltal pedig a korai diagnosztika és a célzott kezelés továbbfejlesztésében. Az eredményeket bemutató tanulmány a vezető Nature Biotechnology folyóiratban jelent meg.

Nagy előrelépést hozhat az onkológiában az SZBK kutatóinak fejlesztése. Fotó: ELKH
Nagy előrelépést hozhat az onkológiában az SZBK kutatóinak fejlesztése. Fotó: ELKH

Az új módszer működési elve

A szegedi kutatók által kialakított különleges mikroszkóprendszer működési elve látszólag egyszerű, ám a módszer nem mindennapi funkciókra képes. A mesterséges intelligencia egy új ágát, az úgynevezett mélytanulást alkalmazó sejtfelismerő algoritmusok az emberi szemnél milliószor gyorsabban és azonos vagy nagyobb precizitással ismerik fel a szövetmintákról készült digitális felvételeken megjelenő rendellenes sejteket. Ezt a folyamatot fenotipizálásnak nevezzük, amely során az emberi szövetek egyedi sejtjeinek szétválogatása történik külső jegyek alapján. Legyen bármilyen komplex is a minta, az algoritmus a legkisebb, sejtszintű eltérésen sem siklik át.

Az így azonosított kóros sejteket egy úgynevezett lézer-mikrodisszekciós mikroszkóp egymikrométeres pontossággal kimetszi a mintából, amit a kinyert sejtek molekuláris elemzése követ. A sejtkimetszést végző mikroszkóp pontosságát jól szemlélteti, hogy a sejt körvonalait követő vágás lehetséges hibája kisebb, mint egy hajszál vastagságának századrésze. Másként fogalmazva: ez a mikroszkóp alkalmas lenne arra, hogy egy száz mikrométer vastagságú hajszálba belegravírozza bárkinek a családfáját.

A kimetszett egyedi sejtek molekuláris analízise mostanáig alapvetően a sejt DNS-állományának leírására – tehát például a daganatos mutációk feltárására – irányult. Bár ez is hatalmas előrelépés a személyre szabott terápiában, mégis csak korlátozott információt ad a kóros sejtek tényleges funkcionalitásáról, amelyet a sejtekben termelődő fehérjék határoznak meg.

A világ legnagyobb biológiai kutatása

Dr. Horváth Péter és kutatócsoportja nagyjából két éve kezdett közös kutatási projektbe a proteomika atyjának tekintett Matthias Mann-nal és a Human Protein Atlas egyik megálmodójaként is ismert Emma Lundberggel. Matthias Mann Európa legtöbbet idézett kutatója, a müncheni Max Planck Institute Biokémiai Intézetének vezetője és a Koppenhágai Egyetem professzora, Emma Lundberg a Stanford Egyetem és a svéd KTH Royal Institute of Technology professzora, a proteomika és a sejtbiológia területének egyik legidézettebb fiatal kutatója.

Az Európai Unió és a Zuckerberg Alapítvány (Chan Zuckerberg Initiative) támogatását is elnyerő nagyszabású projekt keretében egy olyan molekuláris módszert sikerült kifejleszteniük, amely egyetlen sejt szintjére miniatürizálta a fehérjék tömegspektrometriás elemzését. Az analízis érzékenységét mintegy százszorosára növelve lehetővé vált, hogy egyetlen mintában több ezer fehérje mennyiségét meghatározzák, és ezáltal precíz képet kapjanak a sejt fehérjekészletéről. A munka azonban nem áll meg ennél a fázisnál, a kutatók a kóros sejtekben egyedinek mutatkozó fehérjék biológiai szerepét is vizsgálják a Stanford Egyetemen, ami alapján új terápiás célpontok azonosítása is várható a közeljövőben.

Az innovatív technológiafejlesztés szorosan kapcsolódik a Chan Zuckerberg Initiative által szintén támogatott Human Cell Atlas projekthez, amely jelenleg a világ egyik legnagyobb volumenű biológiai kutatása. Célja, hogy az emberi szervezet minden egyes sejtféleségét a lehető legpontosabban jellemezze, és ezáltal a legapróbb részletekig feltérképezze a különböző sejttípusok egymáshoz való viszonyát, a szöveteket felépítő sejtek kapcsolatait, a szervek és szervrendszerek egymásra hatását, végeredményben pedig azt, hogy a háromdimenziós térkép változásai hogyan befolyásolják az egyes szervek és a szervezet egészének egészségi állapotát.

Új perspektívák a rákdiagnosztika és rákgyógyítás terén

Az emberi szervezet sok milliárd sejtje között akár már egyetlen egy kóros működése is elég ahhoz, hogy visszafordíthatatlan folyamatok induljanak el – gondoljunk például a leukémiákra, amelyeket egy csontvelői őssejt mutációja indít el. Az ilyen kiindulási kóros sejtek megtalálása a rákprevenció és a korai rákgyógyítás kulcsfontosságú eszköze lehet. Tekintve, hogy a modern onkológiai gyógyszerek jellemzően valamilyen kóros fehérjeműködés célzott befolyásolásával hatnak, a rendellenes sejtekben feltárt fehérjeváltozások feltérképezése újabb lendületet adhat az onkoterápiák fejlődésének.

Dr. Horváth Péter szerint a mesterséges intelligencián alapuló egysejt-proteomika akár már az elkövetkező két évben bekerülhet a klinikai gyakorlatba, és áttörést hozhat a személyre szabott onkoterápiában. E távlati cél megvalósítását támogatja az a jelenleg Szegeden épülő Tématerületi Kiválósági Központ is, amely a tervek szerint a világ legmodernebb egysejt-kinyerő és egysejt-analitikai központja lesz.

)
Tiszta levegő (X)

Frontérzékeny? Vírus stresszes?

Gyors segítség a szakértőtől!
Személyre szóló, gyógyszer nélküli gyógymódok az Európai Unió és a Magyar Állam támogatásával!
Headache illustration
Fronthatás: Nincs front
Maximum: +32, +37 °C
Minimum: +14, +22 °C

Nyugaton és északon lehet több a felhő, ott kis eséllyel zápor vagy zivatar is lehet, máshol viszont folytatódik a napos, száraz idő tikkasztó meleggel. Élénk délkeleti szél mellett 32, 37 fokos maximumhőmérsékleteket mérhetünk. Kedden a hőség veszi igénybe a szervezetet. Az alvásproblémák mellett a fáradékonyság és a nyűgösség is nagyon gyakori. A szívbetegeket és az időseket különösen nagy terhelés éri, nekik mindenféle megerőltetés kerülendő! Sokan fejfájást is tapasztalhatnak. A déli órákban fennáll a napszúrás és a hőguta veszélye, a tűző nap kerülendő! Fontos a rendszeres folyadékpótlás! A légszennyezettség közepes, kissé növekszik. A légnyomás alig változik.

Egészséget befolyásoló hatások:

Megterhelő hőség (Napi középhőmérséklet 25 fok felett várható)