Analiza asistată de inteligență artificială aduce noi perspective asupra complicațiilor bolii Crohn
Cercetătorii au combinat inteligența artificială (IA), genetica și analiza microbiomului intestinal pentru a oferi o nouă înțelegere asupra uneia dintre cele mai grave complicații ale bolii Crohn: fibroza intestinală, cicatrizarea ireversibilă a intestinului care duce adesea la intervenții chirurgicale.
Publicându-și rezultatele în revista Frontiers in Artificial Intelligence, echipa de cercetare condusă de experți de la Universitatea din Birmingham Dubai a dezvăluit că fibroza intestinală nu reprezintă o etapă separată a bolii. Aceasta pare să fie o afecțiune inflamatorie corelată, determinată de activarea continuă a sistemului imunitar, deteriorarea mucoasei intestinale și modificările din microbiomul intestinal.
Prin utilizarea învățării automate, cercetătorii au identificat un set comun de 43 de gene-cheie legate de progresia bolii, grupându-le în trei modele biologice majore:
– Activarea persistentă a sistemului imunitar – mai multe gene asociate cu inflamația au devenit și mai active în cazul bolii fibrotice. Aceasta sugerează că sistemul imunitar continuă să conducă procesele de deteriorare și reparare a țesuturilor mult timp după ce inflamația a început.
– Pierderea funcției normale a intestinului – genele implicate în digestie, absorbția nutrienților și menținerea unei mucoase intestinale sănătoase au devenit mai puțin active în țesutul fibrotic. Aceasta sugerează că țesutul intestinal cicatricial își pierde unele dintre funcțiile normale.
– Stres și deteriorare continuă a țesutului – alte gene au indicat faptul că celulele intestinale erau supuse stresului și că bariera intestinală protectoare era slăbită, facilitând astfel substanțelor nocive și bacteriilor să declanșeze inflamații suplimentare.
Coautorul Dr. Animesh Acharjee a declarat: „Boala Crohn afectează mai mult de patru milioane de oameni din întreaga lume. Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă pacienții și clinicienii este faptul că fibroza se poate dezvolta treptat în timp, conducând la îngustarea intestinului, obstrucție și tratamente repetate în spital.”
„Descoperirile noastre ajută la explicarea tranziției biologice de la inflamație la deteriorarea ireversibilă a intestinului și identifică biomarkeri potențiali care ar putea ajuta medicii să identifice pacienții cu risc ridicat mai devreme.”
Cercetătorii din Dubai au analizat datele provenite din 448 de probe de țesut intestinal și 80 de probe de microbiom, acoperind controale sănătoase, boala Crohn și boala Crohn fibrotică. Participanții au fost în principal adulți, cu vârste medii cuprinse între 30 și 60 de ani.
Descoperirile cheie ale microbiomului au relevat o scădere a bacteriilor intestinale benefice care produc acizi grași cu lanț scurt, inclusiv Faecalibacterium, Anaerostipes, Coprococcus și Ruminococcus, împreună cu o creștere a bacteriilor potențial dăunătoare, precum Bilophila și Bacteroides. Aceste modificări microbiene par să fie strâns legate de mecanismele biologice care determină progresia bolii.
Cercetătorii au folosit IA generativă pentru a crea date realiste sintetice de exprimare a genelor pe baza unor reguli biologice cunoscute. Acest lucru i-a ajutat să exploreze modelele bolii, în ciuda numărului limitat de probe de fibroza. Utilizarea seturilor de date îmbunătățite cu IA a crescut performanța modelelor de învățare automată și a ajutat la identificarea genelor importante legate de fibroza, inclusiv IL-23R, TNF-α și TGF-β. Aceste gene sunt deja cunoscute pentru rolurile lor importante în inflamație și cicatrizare tisulară.
Cercetarea noastră demonstrează o aplicație științifică practică a IA generativă pentru a aborda o mare provocare în cercetarea biomedicală: seturile de date limitate ale pacienților. Oferim dovezi că IA poate ajuta la descoperirea mecanismelor bolii și la îmbunătățirea descoperirii biomarkerilor.”
Boala Crohn afectează adulții pe parcursul întregii vieți și este adesea diagnosticată la adolescenți și tineri adulți. Fibroza este în prezent dificil de prezis, monitorizat și tratat, ceea ce înseamnă că mulți pacienți necesită în cele din urmă intervenții chirurgicale. Până la 70% dintre pacienții cu boala Crohn transmurală dezvoltă complicații de îngustare a intestinului în decurs de 10 ani de la diagnosticare.
În viitor, markerii moleculare identificați în acest studiu ar putea ajuta medicii să detecteze pacienții cu risc mai mare de a dezvolta fibroza, precum și să distingă inflamația activă de cicatrizarea permanentă. Acești markeri ar putea ajuta, de asemenea, oamenii de știință să dezvolte tratamente mai țintite, menite să prevină deteriorarea intestinului înainte ca intervenția chirurgicală să devină necesară.
