تُطوِّر جامعة ميشيغان تقنية التوأم الرقمي لرسم خرائط الأورام في الوقت الفعلي لدى مرضى سرطان الدماغ باستخدام التعلّم الآلي، بهدف اكتشاف أنسب استراتيجيات العلاج الفردية للحالات الدبقية.
التقنية ومبادئها
تعتمد هذه التقنية على ربط قياسات أيضية من الدم ونسج الورم وملف الورم الجيني مع نموذج حي قائم على مبادئ فيزيائية وكيميائية، ثم تحسب سرعة استهلاك الخلايا السرطانية لعناصر غذائية محددة والمعالجة التي تتم في الخلية، وهي ما يُطلق عليه التدفق الأيضي.
يواجه الأطباء عادة صعوبة قياس الأيض أثناء العمليات الجراحية، إذ تظل القياسات الأيضية محدودة وتُدرس الأنسجة فقط بعد الاستئصال. عمل الفريق على دمج بيانات محدودة من المرضى في نموذج حيوي قائم على مبادئ علم الأحياء والكيمياء والفيزياء لتجاوز هذه العوائق.
التقنية وآلية التدريب
بنوا الباحثون نموذج تعلم عميق يُسمّى الشبكة العصبية الالتفافية، وتدرب على بيانات مرضى اصطناعية مولَّدة اعتمادًا على معلومات بيولوجية وكيميائية معروفة، مع قيود مستمدة من قياسات ثمانية مرضى مصابين بالورم الدبقي تم حقنهم بجلوكوز مُعَلَّم أثناء الجراحة.
ثم قُيِّست النماذج الحاسوبية مقابل بيانات ميدانية من ستة من هؤلاء المرضى، فكانت النتائج أن التوأم الرقمي كان قادرًا على التنبؤ بالنشاط الأيضي بدقة عالية، وهو ما أُثبِت لاحقًا في تجارب على الفئران.
التجارب والدلائل الداعمة
أشارت النتائج إلى أن قدرة التوأم الرقمي على رسم خريطة النشاط الأيضي مكنت من تقييم ما إذا كان الدواء الذي يثبط إنتاج بعض اللبنات الأساسية يمكنه إعاقة تكرار وإصلاح الحمض النووي، لأن بعض الخلايا قد تحصل على تلك الجزيئات من بيئاتها المحيطة.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التجارب القَطْعية أن النظام الغذائي الذي يحاكي هذا الاستدلال الغذائي قد يبطئ نمو الورم في فئران محددة وفقًا لتوقعات التوأم الرقمي، إذ تباطأ نمو الورم فقط في الفئران التي حددها النظام كمرشحة مناسبة للعلاج.
وقد تلقّى هذا العمل دعمًا ماليًا رئيسيًا من المعاهد الوطنية للصحة، خاصة المعهد الوطني للسرطان، وهو ما يعزّز الثقة في إمكانية تطبيق هذه التقنية على رصد استجابة الورم لخيارات العلاج الفردية في حالات الورم الدبقي.
