Përdorimi i AI për të përmirësuar trajtimin e Alzheimerit përmes ‘boshtit zorrë-tru’

Studiuesit e Klinikës Cleveland po përdorin inteligjencën artificiale për të zbuluar lidhjen midis mikrobiomës së zorrëve dhe sëmundjes Alzheimer.

Studimet e mëparshme kanë treguar se pacientët me sëmundjen Alzheimer përjetojnë ndryshime në bakteret e tyre të zorrëve ndërsa sëmundja zhvillohet. E sapobotuara Raportet e qelizave Studimi përshkruan një metodë llogaritëse për të përcaktuar se si nënproduktet bakteriale të quajtura metabolitë ndërveprojnë me receptorët në qeliza dhe kontribuojnë në sëmundjen e Alzheimerit.

Feixiong Cheng, Ph.D., drejtor inaugurues i Qendrës së Gjenomit të Klinikës Cleveland, punoi në bashkëpunim të ngushtë me Qendrën Luo Ruvo për Shëndetin e Trurit dhe Qendrën për Mikrobiomën dhe Shëndetin e Njeriut (CMHH). Studimi rendit metabolitët dhe receptorët sipas gjasave që ata do të ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe gjasave që çifti të ndikojë në sëmundjen e Alzheimerit. Të dhënat ofrojnë një nga udhërrëfyesit më gjithëpërfshirës për studimin e sëmundjeve të lidhura me metabolitët deri më sot.

Bakteret lëshojnë metabolitë në sistemet tona ndërsa shpërbëjnë ushqimin që hamë për energji. Më pas, metabolitët ndërveprojnë dhe ndikojnë në qelizat, duke ushqyer proceset qelizore që mund të jenë të dobishme ose të dëmshme për shëndetin. Përveç sëmundjes së Alzheimerit, studiuesit kanë lidhur metabolitët me sëmundjet e zemrës, infertilitetin, kanceret dhe çrregullimet autoimune dhe alergjitë.

Parandalimi i ndërveprimeve të dëmshme midis metabolitëve dhe qelizave tona mund të ndihmojë në luftimin e sëmundjeve. Studiuesit po punojnë për të zhvilluar ilaçe për të aktivizuar ose bllokuar lidhjen e metabolitëve me receptorët në sipërfaqen e qelizës. Progresi me këtë qasje është i ngadaltë për shkak të sasisë së madhe të informacionit të nevojshëm për të identifikuar një receptor të synuar.

“Metabolitët e zorrëve janë çelësi i shumë proceseve fiziologjike në trupin tonë, dhe për çdo çelës ka një bravë për shëndetin dhe sëmundjen e njeriut,” tha Dr. Cheng, Stafi i Mjekësisë Gjenomike. “Problemi është se ne kemi dhjetëra mijëra receptorë dhe mijëra metabolitë në sistemin tonë, kështu që gjetja manuale se cili çelës futet në cilin kyç ka qenë i ngadaltë dhe i kushtueshëm. Kjo është arsyeja pse ne vendosëm të përdorim AI.”

Ekipi i Dr. Cheng testoi nëse metabolitët e mirënjohur të zorrëve në trupin e njeriut me profile ekzistuese sigurie mund të ofrojnë qasje efektive parandaluese apo edhe ndërhyrje për sëmundjen e Alzheimerit ose sëmundje të tjera komplekse nëse zbatohen gjerësisht.

Autori i parë i studimit dhe kolegu postdoktoral i Cheng Lab Yunguang Qiu, Ph.D. drejtoi një ekip që përfshinte J. Mark Brown, Ph.D., Drejtor i Kërkimit, CMMH; James Leverenz, MD, Drejtor i Qendrës për Shëndetin e Trurit Luo Ruvo Clinic Cleveland dhe Drejtor i Qendrës Kërkimore të Sëmundjeve Alzheimer në Cleveland; dhe neuropsikologia Jessica Caldwell, Ph.D., ABPP/CN. Drejtoreshë e Qendrës së Parandalimit të Lëvizjes së Grave për Alzheimer në Cleveland Clinic Nevada.

Ekipi përdori një formë të AI të quajtur mësimi i makinës për të analizuar mbi 1.09 milionë çifte të mundshme metabolit-receptor dhe për të parashikuar mundësinë që çdo ndërveprim të kontribuojë në sëmundjen e Alzheimerit.

Analizat e integruara:

• të dhëna gjenetike dhe proteomike nga studimet njerëzore dhe ato paraklinike të sëmundjes Alzheimer
• forma të ndryshme të receptorëve (strukturave proteinike) dhe metabolitëve
• si ndikojnë metabolitët e ndryshëm në qelizat e trurit që rrjedhin nga pacienti

Ekipi hetoi çiftet metabolit-receptor me gjasat më të larta për të ndikuar në sëmundjen e Alzheimerit në qelizat e trurit që rrjedhin nga pacientët me sëmundjen Alzheimer.

Një molekulë në të cilën ata u fokusuan ishte një metabolit mbrojtës i quajtur agmatine, që mendohet se mbron qelizat e trurit nga inflamacioni dhe dëmtimet e lidhura me to. Studimi zbuloi se agmatina kishte më shumë gjasa të ndërvepronte me një receptor të quajtur CA3R në sëmundjen e Alzheimerit.

Trajtimi i neuroneve të prekur nga Alzheimer me agmatinë uli drejtpërdrejt nivelet e CA3R, duke treguar që metaboliti dhe receptori ndikojnë njëri-tjetrin. Neuronet e trajtuara nga agmatina gjithashtu kishin nivele më të ulëta të proteinave tau të fosforiluara, një shënues për sëmundjen e Alzheimerit.

Dr. Cheng thotë se këto eksperimente demonstrojnë sesi algoritmet e AI të ekipit të tij mund të hapin rrugën për rrugë të reja kërkimore në shumë sëmundje përtej Alzheimerit.

“Ne u fokusuam në mënyrë specifike në sëmundjen e Alzheimerit, por ndërveprimet metabolit-receptor luajnë një rol në pothuajse çdo sëmundje që përfshin mikrobet e zorrëve,” tha ai. “Ne shpresojmë që metodat tona mund të ofrojnë një kornizë për të përparuar të gjithë fushën e sëmundjeve të lidhura me metabolitët dhe shëndetin e njeriut.”

Tani, Dr. Cheng dhe ekipi i tij po zhvillojnë dhe aplikojnë më tej këto teknologji të AI për të studiuar ndërveprimet midis faktorëve gjenetikë dhe mjedisorë (përfshirë ushqimin dhe metabolitët e zorrëve) mbi shëndetin dhe sëmundjet e njeriut, duke përfshirë sëmundjen e Alzheimerit dhe sëmundje të tjera komplekse.