پژوهشگران دانشگاه کُرنل مدلهای یادگیری ماشین را با استفاده از RNA بدون سلول در پلاسمای خون برای تشخیص شرایط التهابی در کودکان مانند بیماری کاوازاکی و MIS-C توسعه دادهاند. این ابزار تشخیصی کمک میکند تا تفاوت میان عفونتهای ویروسی، باکتریایی و سایر بیماریهای التهابی شناسایی شود و بهطور همزمان سلامت اعضای بدن را زیر نظر داشته باشد.
RNA از سلولها به دلیل مرگ سلولی یا ترشح فعال آزاد میشود و در نهایت وارد جریان خون میشود. تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه کُرنل مدلهای یادگیری ماشینی را ایجاد کرده است که از این قطعات RNA بدون سلول برای تشخیص شرایط التهابی در کودکان که تشخیص آنها دشوار است، استفاده میکند.
این ابزار تشخیصی میتواند بهطور دقیق تعیین کند که آیا بیمار دچار بیماری کاوازاکی (KD)، سندرم التهابی چندسیستمی در کودکان (MIS-C)، عفونت ویروسی یا عفونت باکتریایی است، در حالی که بهطور همزمان سلامت اعضای بدن بیمار را زیر نظر دارد.
بیماریهای التهابی تهدید بزرگی برای کودکان هستند زیرا علائم آنها مانند تب و بثورات عمومی است و اغلب بیماران به اشتباه تشخیص داده میشوند. اگر بهدرستی درمان نشود، MIS-C میتواند منجر به تورم در قلب، ریهها، مغز و سایر اعضای بدن شود. بهطور مشابه، KD که علت اصلی بیماری قلبی اکتسابی در کودکان است میتواند منجر به آنوریسمهای قلبی و حملات قلبی شود. تست مبتنی بر RNA بدون سلول اولین ابزار تشخیصی مولکولی است که پزشکان میتوانند برای شناسایی این شرایط التهابی در مراحل اولیه در کودکان از آن استفاده کنند.
مبدا تحقیقات و یافتههای اولیه
مقاله تیم تحقیقاتی در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. تیم کُرنل تحت رهبری ایوین دی فلامینک، استاد مهندسی زیستی و نویسنده اصلی مقاله، و کونور لو، که در حال حاضر فلوشیپ Ignite برای پروژههای جدید است، فعالیت کرده است.
یافتهها از یک همکاری قبلی که چهار سال پیش آغاز شد و از توالییابی نسل جدید برای شناسایی موارد شدید COVID-19 و MIS-C در کودکان که در دوران پاندمی افزایش یافته بود، نشات گرفته است. در ابتدا، دی فلامینک و لو به دنبال استفاده از DNA بدون سلول برای تحقیق درباره بیماریها بودند، اما به دلیل اطلاعات غنی که RNA بدون سلول ارائه میدهد، به این نوع RNA علاقهمند شدند. در حالی که RNA بدون سلول به عنوان یک بیومارکر برای بارداری و سرطان شناخته شده است، مطالعه آن به اندازه DNA بدون سلول گسترده نیست.
مزایای RNA بدون سلول
“هنگامی که RNA را در پلاسمای خون تجزیه و تحلیل میکنید، آنچه مشاهده میکنید RNA از سلولهای در حال مرگ و همچنین RNA که از سلولهای مختلف بدن آزاد شده است، است.” لو گفت. “این یک مزیت بزرگ است. در شرایط التهابی، مرگ سلولی زیادی وجود دارد. سلولها در برخی موارد منفجر میشوند و RNA آنها به پلاسمای خون آزاد میشود. با جدا کردن آن RNA و توالییابی آن، میتوانیم بیومارکرهای بیماری را کشف کنیم و منبع RNA را شناسایی کنیم تا میزان مرگ سلولی را اندازهگیری کنیم.”
همکاران 370 نمونه پلاسمای خون از بیماران اطفال با شرایط التهابی مختلف را مطالعه کردند. تیم RNA را به DNA تبدیل کرد و سپس توالییابی DNA را انجام داد که نواحی کدکننده پروتئینهای ژنوم را تحلیل کرد. لو یک سال را صرف آزمایش الگوریتمهای یادگیری ماشین برای شناسایی امضای بیماری در نمونهها کرد و بهطور کلی یک پایپلاین از ابزارهای مختلف برای درک RNA بدون سلول ایجاد کرد.
علاوه بر توسعه یک مدل دقیق برای تشخیص، محققان همچنین نشان دادند که توالییابی RNA بدون سلول میتواند برای کمیسازی آسیب به بافتها و اعضای خاص، از جمله کبد، قلب، اندوتلیوم، سیستم عصبی و دستگاه تنفسی فوقانی استفاده شود.
“من فکر میکنم بسیاری از نوآوریها و ابتکارات فنی، مهندسی، در تحلیل دادهها است.” دی فلامینک گفت. “ما قادر به کمیسازی میزان RNA از اعضای مختلف هستیم. میزان RNA که از کبد یا سلولهای اپیتلیالی در سیستم عروقی آزاد شده است. با کمیسازی منابع، میتوانیم در مورد فرآیندهای آسیبزای احتمالی که به احتمال زیاد مرتبط با سیستم ایمنی هستند، اما در بافتهای عروقدار در حال وقوع است، یاد بگیریم.”
