فناوری تشخیص سرطان با دقت بالا بومی سازی شد!

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا، در سال‌های اخیر، توجه به توسعه فناوری‌های تشخیص زودهنگام بیماری‌ها، به‌ویژه سرطان، به یکی از اولویت‌های اصلی نظام‌های سلامت در سراسر جهان تبدیل شده است. سرطان‌های دستگاه گوارش، به دلیل شیوع بالا، دشواری در تشخیص اولیه و هزینه‌های سنگین درمان، همواره در صدر فهرست بیماری‌های پرخطر قرار داشته‌اند. ازاین‌رو، طراحی ابزارهایی که بتوانند پیش از بروز علائم شدید، علائم زیستی هشداردهنده را شناسایی کرده و به مداخلات به‌موقع منجر شوند، از اهمیت بسزایی برخوردار است. پیشرفت‌های اخیر در حوزه هوش مصنوعی، تحلیل داده‌های زیستی و بیوانفورماتیک، مسیرهای نوینی را برای تحقق این هدف گشوده‌اند.

با افزایش دسترسی به داده‌های ژنومی و بیوشیمیایی، امکان طراحی مدل‌هایی فراهم شده که نه‌تنها قادر به شناسایی نشانگرهای زیستی مرتبط با بیماری‌ها هستند، بلکه با یادگیری از داده‌های پیشین، می‌توانند الگوهای پنهان را نیز کشف کنند. مدل‌های in silico، که بر مبنای شبیه‌سازی رایانه‌ای فعالیت می‌کنند، به‌طور فزاینده‌ای در حال جایگزینی با روش‌های پرهزینه و زمان‌بر سنتی هستند. این مدل‌ها می‌توانند به سرعت هزاران داده را پردازش کرده و تنها آن دسته از نشانگرهایی را که از نظر آماری و بالینی معنادار هستند، استخراج کنند.

از سوی دیگر، استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی در غربالگری بایومارکرهای مرتبط با سرطان، امکان‌سنجی و اعتبارسنجی آن‌ها را به شکلی دقیق‌تر و سریع‌تر ممکن کرده است. برخلاف روش‌های سنتی که بر پایه تحلیل‌های محدود و آزمایشگاهی انجام می‌شد، روش‌های نوین می‌توانند بر پایه ده‌ها هزار داده خام، الگوهای رفتاری سلول‌های طبیعی و غیرطبیعی را مدل‌سازی کرده و هرگونه تغییر ناگهانی در مسیرهای زیستی را رصد کنند. این نوع تحلیل‌ها به‌ویژه برای تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی همچون سرطان معده، روده بزرگ، کبد و پانکراس، که اغلب در مراحل پیشرفته کشف می‌شوند، مزیتی راهبردی به حساب می‌آید.

کیت بومی تشخیص سرطان گوارش با دقت بالا و پاسخ در ۴۸ ساعت ارائه شد

در چنین بستری، طراحی یک کیت تشخیصی بومی، که با دقت بالا بتواند در کوتاه‌ترین زمان ممکن تمایز بین سلول‌های طبیعی و سرطانی را مشخص کند، دستاوردی مهم در جهت تحقق استقلال علمی و فناوری در حوزه سلامت به شمار می‌رود. کیت‌هایی که بر پایه داده‌های زیستی ایرانی طراحی می‌شوند، برخلاف نمونه‌های وارداتی، با ساختار ژنتیکی خاص جمعیت کشور سازگارند و می‌توانند خطای تشخیص را به حداقل برسانند. از سوی دیگر، در شرایطی که هزینه‌های درمان‌های سرطان به شکل چشم‌گیری در حال افزایش است، ابزارهای تشخیصی سریع، دقیق و مقرون‌به‌صرفه می‌توانند نقش بسزایی در کاهش بار اقتصادی نظام سلامت ایفا کنند.

یکی از ویژگی‌های کلیدی نسل جدید کیت‌های زیستی، بهره‌گیری از ترکیب داده‌کاوی، الگوریتم‌های زیستی و مواد زیست‌فعال طبیعی است. فرمولاسیون‌هایی که مبتنی بر ترکیبات نانویی توسعه یافته‌اند، قابلیت افزایش اثربخشی درمان‌ها را دارند و هم‌زمان می‌توانند عوارض جانبی شیمی‌درمانی را نیز کاهش دهند. همچنین این فرایندها نه‌فقط در حوزه تشخیص، بلکه در بخش درمان‌های مکمل و شخصی‌سازی‌شده نیز کاربرد دارند؛ موضوعی که با رویکرد پزشکی فردمحور آینده پژوهی می‌شود.

از منظر توسعه فناورانه، ساختارهای دانشگاهی و پژوهشی در ایران، به‌ویژه در استان‌هایی که بار بیماری‌های گوارشی در آن‌ها بالاست، ظرفیت لازم برای نیمه‌صنعتی‌سازی این محصولات را دارند. شکل‌گیری زیرساخت‌های آزمایشگاهی، شبکه‌های نمونه‌برداری منطقه‌ای و همچنین آموزش تیم‌های تخصصی می‌تواند مسیر توسعه این فناوری‌ها را هموارتر کند. در صورت حمایت نهادهای سیاست‌گذار، این کیت‌ها نه‌تنها در سطح ملی، بلکه به‌عنوان یک فناوری صادرات‌محور در منطقه غرب آسیا مطرح خواهند بود.

با توجه به این ظرفیت‌ها، ایران این امکان را دارد که از یک واردکننده فناوری به یک تولیدکننده بومی و حتی صادرکننده ابزارهای تشخیصی سرطان تبدیل شود. تلفیق هوش مصنوعی با داده‌های زیستی بومی، علاوه بر آنکه ارزش‌افزوده اقتصادی ایجاد می‌کند، موجب ارتقای جایگاه علمی کشور نیز خواهد شد و می‌تواند گامی اساسی در جهت تحقق امنیت زیستی و پدافند غیرعامل در حوزه سلامت محسوب شود.

هم‌افزایی ژنتیک و هوش مصنوعی برای نجات جان‌ها

بدن وقتی ساز مخالف می‌زند

فاطمه حاجی بابایی محقق ژنتیک مولکولی در گفت‌وگو با خبرنگار ایمنا اظهار کرد: با تحلیل دقیق الگوهای مولکولی در بدن، موفق شده‌ایم مدلی طراحی کنیم که در صورت خروج فرد از محدوده طبیعی این الگوها، بروز رفتارهای غیرعادی بدن را نشان می‌دهد. این نشانه‌ها می‌تواند زنگ خطری برای استعداد ابتلاء به سرطان باشد.

وی افزود: داده‌های ما با استفاده از برنامه‌نویسی سنگین و الگوریتم‌های پیشرفته هوش مصنوعی، ابتدا به‌صورت شبیه‌سازی کامپیوتری تحلیل شده‌اند. سپس همان تحلیل‌ها در مرحله آزمایشگاهی روی نمونه‌های انسانی انجام شده و نتایج، هم‌پوشانی بسیار بالایی داشت. اگر در محیط in silico دقت مدل به بالای ۸۰ درصد می‌رسید، در آزمایشگاه موفق شدیم تا ۹۷ درصد سلول‌های سرطانی را از نرمال تفکیک کنیم.

این محقق ژنتیک مولکولی تصریح کرد: در این پروژه، فقط به الگوریتم‌ها اکتفا نکردیم. نتایج باید در آزمایشگاه تأیید می‌شد. پس از آن، پنلی از مارکرها را برای شناسایی شش نوع سرطان طراحی کردیم، از چت‌بات‌هایی مثل ChatGPT استفاده نکردیم؛ بلکه از پکیج‌های تخصصی زیستی و مدل‌سازی دقیق بهره گرفتیم. هوش مصنوعی فقط در بخشی از مسیر تحلیل به ما کمک کرد، نه در کل فرایند.

حاجی بابایی خاطرنشان کرد: در مطالعات سنتی، گاهی بیش از ۲۰۰ مارکر بالقوه از منابع علمی جمع‌آوری می‌شد، ولی بررسی تک‌تک آن‌ها کاری پرهزینه و زمان‌بر بود. در پروژه ما، خیلی از مارکرهایی که به‌عنوان بایومارکر شناخته شده بودند، ناکارآمد بودند. در عوض، مارکرهای جدیدی کشف کردیم که قدرت تشخیصی بالاتری داشتند و تاکنون در ادبیات علمی مورد توجه قرار نگرفته بودند.

وی درباره توسعه کیت تشخیصی بیان کرد: کیت ما آماده استفاده است. در موارد محدودی روی داوطلبان امتحان شد و بازخوردهای مثبتی دریافت کردیم. مقایسه‌اش با روش‌های رایج پاتولوژی که زمان‌بر و پرهزینه هستند، نشان می‌دهد که کیت می‌تواند ظرف ۴۸ ساعت نتیجه تشخیص را اعلام کند، در حالی که آزمایش‌های سنتی تا دو ماه طول می‌کشند، در بیش از ۸۰ درصد موارد، کیت موفق به تشخیص استعداد ابتلاء به سرطان یا مراحل اولیه بیماری شد، تنها مانع نبود مجوز رسمی از وزارت بهداشت است، اگر این مجوز صادر شود، می‌توانیم در سطح صنعتی آن را تولید کنیم.

این محقق ژنتیکی مولکولی توضیح داد: بر اساس نیاز استان اصفهان، که یکی از قطب‌های سرطان گوارش در کشور است، زیرساخت‌های لازم را در دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان پیش‌بینی کرده‌ایم، حتی در حالت نیمه‌صنعتی، امکان پاسخگویی به نیمی از جمعیت کشور را داریم؛ چشم‌انداز ما پوشش کل کشور است، ولی به‌طورمعمول نیازمند حمایت رسمی برای صنعتی‌سازی و عرضه انبوه هستیم.

با ترکیب شبیه‌سازی مولکولی و الگوریتم‌های هوش مصنوعی، کیت تشخیصی جدید سرطان گوارش تا ۹۷ درصد دقت دارد.

حاجی بابایی ادامه داد: ایده اولیه پروژه از مطالعات ما درباره درمان‌های مکمل کووید ۱۹ شکل گرفت. در آن زمان، با محمدی و صفوی، برخی جلبک‌های حاوی ترکیبات زیست‌فعال با خاصیت آنتی‌اکسیدانی بالا را شناسایی کردیم. سپس آن‌ها را در قالب نانوفرمولاسیون عرضه کردیم تا با دوز پایین، اثر بالایی داشته باشند، در مدل‌های حیوانی و حتی نمونه‌های انسانی، نتایج موفقی حاصل شد. بهبودی ۵۰ درصدی در برخی داوطلبان مشاهده شد و داروی ما توانست هم اثربخشی شیمی‌درمانی را افزایش دهد و هم عوارض آن را کاهش دهد.

وی توضیح داد: طرح مذکور زیر نظر نوید عابدپور (متخصص فیزیولوژی تغذیه ورزشی) و فاطمه حاجی بابایی (متخصص ژنتیک مولکولی) هدایت می‌شود. محمدی، صفوی و کاویانی نیز به‌عنوان اعضای غیرمستقیم، نقش مؤثری داشته‌اند. دانشجویان حوزه ژنومیکس، بیوتکنولوژی و تغذیه ورزشی نیز در این مسیر پژوهشی مشارکت دارند. بیشتر مطالعات ژنتیکی سرطان بر جمعیت‌های غربی متمرکز است، در حالی که ساختار ژنتیکی ما با آن‌ها تفاوت دارد. داده‌های زیستی ایرانیان باید در داخل کشور تحلیل شود تا هم از مالکیت ملی آن حفاظت شود و هم از منظر امنیت زیستی، مصداق پدافند غیرعامل محسوب شود.

محقق ژنتیکی مولکولی تاکیید کرد: قصد داریم بررسی کنیم که آیا تفاوت‌های منطقه‌ای ژنتیکی در کشور وجود دارد یا نه. اگر تأیید شود، می‌توان کیت‌های منطقه‌ای و بومی‌سازی‌شده تولید کرد، مطالعات ژنتیکی شرق و غرب آسیا در پژوهش‌های جهانی عمدتاً نادیده گرفته می‌شوند. توسعه این فناوری در ایران، ما را به یک قدرت منطقه‌ای تبدیل می‌کند. می‌توانیم این تکنولوژی را به کشورهای همسایه و حاشیه خلیج فارس صادر کنیم.

وی در پایان تاکیید کرد: در مرحله توسعه، در حال بررسی هستیم که آیا کیت فعلی برای کل کشور قابل استفاده است یا باید اصلاحاتی اعمال شود. این موضوع، نیازمند اجرای طرح‌های جامع آزمایشگاهی و حمایت وزارت بهداشت است، با توجه به نتایج فعلی، پروژه در استان‌هایی مثل اصفهان و تهران قابل اجراست. اما برای تعمیم ملی، باید مراحل میدانی را هم طی کنیم.

به گزارش ایمنا، نتایج این پروژه حاکی از آن است که هم‌افزایی هوش مصنوعی با داده‌های زیستی بومی، می‌تواند به طراحی کیت‌هایی با دقت بسیار بالا در تشخیص زودهنگام سرطان منجر شود. همچنین بهره‌گیری از زیست‌فعال‌های طبیعی، فرمولاسیون‌های نانویی و داده‌کاوی دقیق، نه‌تنها می‌تواند اثربخشی درمان‌ها را افزایش دهد، بلکه موجب ارتقای کیفیت زندگی بیماران شود، اگر مسیر صدور مجوزها و حمایت نهادی هموار شود، ایران می‌تواند با تکیه بر ظرفیت بومی خود، به یکی از قطب‌های فناوری سلامت در غرب آسیا تبدیل شود؛ مسیری که نه‌تنها به استقلال علمی کشور منجر خواهد شد، بلکه ارزش‌آفرینی اقتصادی نیز در پی خواهد داشت.