طور باحثون في جامعة ميشيغان تقنية التوأم الرقمي لرسم خرائط الأيض في أورام الدماغ بشكل حي، مما يساعد في اكتشاف استراتيجيات العلاج الأكثر فاعلية لحالات الورم الدبقي الفردية.
تحقق الفريق من دقة النموذج بمقارنته مع بيانات مرضى وبأدائه في تجارب على الفئران، وهو ما أُشير إليه في تقارير علمية مرتبطة بهذا العمل.
تفاصيل الدراسة
تستند هذه الدراسة المنشورة في مجلة سيل ميتابوليزم إلى أبحاث سابقة أظهرت أن تقييد بعض الأحماض الأمينية يمكن أن يبطئ نمو بعض الأورام الدبقية، بينما تستطيع أورام أخرى إنتاج هذه الأحماض بنفسها فتستمر في النمو، وهو ما يجعل تحديد المرضى الذين سيستفيدون من القيود الغذائية صعباً حتى الآن.
ساهمت قدرة التوأم الرقمي في رسم خريطة النشاط الأيضي للأورام في تحديد ما إذا كان الدواء الذي يمنع الورم من إنتاج لبنة أساسية يمكنه تثبيته، لأن بعض الخلايا تحصل على هذا الجزيء من بيئاتها بينما تؤثر القيود على الخلايا الأخرى وفق ظروفها.
لتجاوز صعوبات رسم خريطة استقلاب الورم داخل الدماغ طور فريق ميشيغان توأماً رقمياً يحاكي استجابة الورم الدماغي لكل علاج من خلال استقراء تفاعلات الأنسجة مع الأدوية واستقلابها.
اعتمد التوأم الرقمي على بيانات المرضى التي تُجمع من سحب عينات الدم وقياسات أيضية لأنسجة الورم والملف الجيني للورم، ثم يحسب سرعة استهلاك الخلايا السرطانية للعناصر الغذائية ومعالجتها، وهو ما يعرف بالتدفق الأيضي.
بنى الباحثون نموذج تعلم عميق هو شبكة عصبية التفافية، وتدرب على بيانات مرضى اصطناعية مولَّدة بناءً على معلومات بيولوجية وكيميائية معروفة، ومقيدة بقياسات من ثمانية مرضى دبقيين حُقنوا بالجلوكوز الموسَّم أثناء الجراحة.
عند مقارنة نماذجهم ببيانات من ستة من هؤلاء المرضى، تبين أن التوأم الرقمي قادر على التنبؤ بالنشاط الأيضي بدقة عالية، وفي تجارب على الفئران أظهر النظام الغذائي المقيد أنه أبطأ نمو الورم فقط في الفئران التي حددها التوأم الرقمي كمرشحة مناسبة للعلاج.
خلفية تقنية وأدوات العمل
عادةً لا تُقدَّم قياسات أيضية أثناء العمليات الجراحية، ولا تتيح المختبرات متابعة تغيرات الأيض مع مرور الوقت، ومن ثم اعتمدت الدراسة على دمج بيانات المرضى المحدودة في نموذج قائم على علوم الأحياء والكيمياء والفيزياء الأساسية لتجاوز هذه العقبات.
يستخدم التوأم الرقمي بيانات المرضى من سحب عينات الدم، وقياسات أيضية لأنسجة الورم، والملف الجيني للورم، ثم يحسب التدفق الأيضي، أي سرعة استهلاك الخلايا السرطانية للعناصر الغذائية ومعالجتها.
تم بناء النموذج باستخدام شبكة عصبية التفافية تدربت على بيانات مرضى اصطناعية مولّدة، ومقيدة بقياسات من ثمانية مرضى دبقيين حقنوا بالجلوكوز الموسَّم أثناء الجراحة.
وقد أظهرت التجارب أن النموذج قادر على التنبؤ بالنشاط الأيضي بدقة عالية، وأن النظام الغذائي المقيد يمكن أن يبطئ نمو الورم في حالات محددة حددها التوأم الرقمي كمرشحة للعلاج، وهو ما دعمه كذلك في تجارب فئران.
تمول البرنامج بشكل أساسي من المعاهد الوطنية للصحة، وبشكل خاص من المعهد الوطني للسرطان، وهو ما يعكس دعم المجتمع الطبي للأبحاث المرتبطة بالتوأم الرقمي واستجابته للعلاج في أورام الدماغ.
