Modelul AI Prezice Lungimea Telomerilor Folosind Imagini Obișnuite de Biopsie

Lungimea telomerilor este unul dintre biomarkerii biologici cei mai studiați în contextul îmbătrânirii, dar măsurarea acesteia pe scară largă continuă să fie o provocare tehnică și costisitoare. Cercetătorii au dezvoltat recent o abordare computațională care ar putea permite estimarea lungimii telomerilor direct din diapozitivele histopatologice de rutină, deschizând calea pentru studii extinse asupra îmbătrânirii și bolilor legate de vârstă folosind datele clinice existente de biopsie.

Metoda, descrisă în jurnalul Cell Reports Methods, implică utilizarea unui cadru de învățare profundă denumit TLPath pentru a deduce lungimea telomerilor din caracteristicile structurale subtile prezente în imaginile standard ale țesuturilor.

Dezvoltat de cercetătorii de la Sanford Burnham Prebys, modelul arată cum patologia computațională poate debloca noi perspective biologice din datele de imagistică deja generate în îngrijirea clinică.

Telomerii sunt secvențe repetitive de ADN care protejează capetele cromozomilor, păstrând materialul genetic în timpul diviziunii celulare. Pe măsură ce celulele se replică, acești capace protectori se scurtează, făcând lungimea telomerilor un indicator important al îmbătrânirii celulare.

„De fiecare dată când ADN-ul este replicat pe măsură ce celulele noastre cresc și se divid, partea de la capătul ADN-ului nu poate fi replicată,” explică Sanju Sinha, PhD, profesor asistent în programul de Metabolism Cancer și Microambiente la Sanford Burnham Prebys.

Celulele contracarează această limitare protejând capetele cromozomilor cu telomeri, care se scurtează treptat de-a lungul vieții. Numeroase studii au corelat lungimea telomerilor cu îmbătrânirea și cu riscul bolilor legate de vârstă, inclusiv boli cardiovasculare, cancer și neurodegenerare.

Totuși, măsurarea directă a telomerilor necesită în mod obișnuit teste de laborator specializate, cum ar fi PCR-ul cantitativ, hibridizarea fluorescentă in situ sau metodele bazate pe secvențiere, metode care nu sunt aplicate în mod obișnuit pe colecții clinice mari.

Cercetătorii au presupus că schimbările morfologice asociate cu îmbătrânirea celulară ar putea fi detectabile în arhitectura țesutului, permițând inferarea lungimii telomerilor din imagini histopatologice.

Pentru a testa această idee, echipa a utilizat date din Proiectul Genotype-Tissue Expression (GTEx), o inițiativă mare a Institutelor Naționale de Sănătate care corelează măsurătorile genomice cu probe de țesut colectate de la sute de indivizi.

Echipa a antrenat TLPath folosind 5,263 de diapozitive histopatologice digitizate reprezentând 18 tipuri de țesut de la 919 donatori. Fiecare diapozitiv a fost asociat cu măsurători de laborator ale lungimii telomerilor, permițând algoritmului să învețe relațiile între morfologia țesutului și biologia telomerilor.

Modelul procesează fiecare diapozitiv împărțindu-l în fragmente mici de imagine, sau „patch-uri”. În medie, un diapozitiv este segmentat în aproximativ 1,387 de patch-uri, fiecare analizat pentru până la 1,024 de caracteristici structurale.

Prin ponderarea acestor caracteristici și integrarea informațiilor de-a lungul patch-urilor, TLPath produce o predicție a lungimii telomerilor pentru întreaga probă de țesut.

Sursa: Inside Precision Medicine