Штучний інтелект прискорив аналіз біопсії тканин до 30 хвилин

Німецькі дослідники розробили швидкий метод вивчення зразків тканин, який дозволяє виявити рак та запальні хвороби протягом 30 хвилин. Він оснований на аналізі фізичних властивостей поодиноких клітин алгоритмом штучного інтелекту, і може проводитися безпосередньо під час операцій, прискорюючи встановлення діагнозу. Дослідження описане в журналі Nature Biomedical Engineering.

Клітини раку кишківника. CDC / Unsplash

Для чого потрібний новий метод аналізу біопсії?

При багатьох патологічних змінах у тканинах, як-от при запаленні чи злоякісних новоутвореннях, клітини набувають характерних видозмін, зокрема у розмірах, формі чи здатності деформуватися. Тому, аналізуючи зразки біопсії, патологоанатоми можуть встановити за фізичними властивостями наявність тієї чи іншої хвороби. Але це вимагає глибоких знань самого фахівця, а також часу на приготування й вивчення зразків, якого може бути обмаль. Наприклад, якщо підозріле новоутворення виявляють під час операції і від його характеру залежатиме наступний хід лікування. Щоб прискорити аналіз, науковці Інституту фізики світла імені Макса Планка та Університету Ерлангена-Нюрнберга розробили новий метод, який видає точний результат усього за 30 хвилин.

У чому полягає новий підхід?

Запропонований вченими метод вже показував потенціал раніше, але з вирощеними в лабораторії клітинами або з клітинами зі зразків рідини, як-от крові. Зараз метод пристосували до щільних тканин. Для цього спочатку відібрані зразки тканини механічно оброблюють центрифугуванням, щоб роз’єднати її клітини. Разом із попереднім відбором зразка на це йде близько 25 хвилин.

Відтак розділені клітини поміщають у мікрорідинний чіп, де їх сильним потоком пропускають через серію мікроскопічних каналів різного розміру та роблять знімки. За секунду апарат може пропустити й сфотографувати тисячу окремих клітин, реєструючи їхній розмір, колір і як вони деформуються при проходженні через канали. Ці дані віддають на аналіз алгоритму штучного інтелекту, який натренований виявляти патологічні зміни клітин за їхніми фізичними властивостями. На отримання результату йде ще п’ять хвилин, що у сумі дозволяє провести обстеження за приблизно пів години. Така швидкість означає, що аналіз біопсії можна було б проводити безпосередньо під час операції, не покладаючися на доступність кваліфікованого патологоанатома й не витрачаючи зайвий час на готування зразків до мікроскопії.

Як метод показав себе з реальними клітинами?

Перші випробування показали, що метод може розрізняти здорові клітини епітелію кишківника мишей від клітин, які отримані від тварин, хворих на запальну хворобу кишківника. У випадку патології клітини були більшими та витримували меншу деформацію, ніж здорові. Аналіз зміг відрізнити також клітини раку кишківника від здорових за більшими розмірами та, навпаки, вищою деформацією.

Далі науковці випробували метод на людських зразках біопсії кишківника. Аналіз зумів з точністю 100 відсотків відрізнити здорові й ракові клітини, вивчаючи заморожені зразки, і 83 відсотки — вивчаючи свіжі зразки біопсії.

Тож у майбутньому винахід може допомогти не лише виявляти здорові й патологічні клітини в зразках біопсії, а й відрізняти різні патологічні стани, прискорюючи встановлення правильного діагнозу. Надалі вчені вдосконалюватимуть метод, співпрацюючи з лікарями.

біопсіїВідбір зразків тканин для мікроскопічного вивчення.

Джерело