بهدف مكافحة أكثر أنواع السرطان شيوعًا في العالم، أنشأ علماء صينيون نظام تسجيل تشخيص سرطان الثدي MIRS

أظهرت أحدث بيانات العبء العالمي للسرطان لعام 2020 الصادرة عن الوكالة الدولية لأبحاث السرطان التابعة لمنظمة الصحة العالمية أن عدد حالات الإصابة الجديدة بسرطان الثدي في جميع أنحاء العالم ارتفع بسرعة في عام 2020، ليصل إلى 2.26 مليون، ليحل رسميًا محل سرطان الرئة باعتباره السرطان رقم واحد في العالم لأول مرة. ومن بينها بلغ عدد حالات الإصابة الجديدة بسرطان الثدي لدى النساء في بلدي 420 ألف حالة، لتحتل بذلك المرتبة الأولى، متجاوزة بذلك أنواع السرطان الأخرى لدى النساء.

بسبب معدل المضاعفات المرتفع ومعدل الوفيات المرتفع، يشكل سرطان الثدي تهديدًا خطيرًا لصحة النساء في جميع أنحاء العالم. ولكن إذا تم اكتشافه مبكرا ومعالجته وفقا لأفضل الممارسات، فمن المتوقع أن تتحسن معدلات البقاء على قيد الحياة بشكل كبير. وفقًا للجمعية الأمريكية للسرطان، انخفض معدل الوفيات بسرطان الثدي بمقدار 40% بين عامي 1989 و2016.

وفي السنوات الأخيرة، حقق الذكاء الاصطناعي تقدماً كبيراً في مجال التصوير الطبي وعلم الأمراض وأنظمة دعم اتخاذ القرار. وقد شكلت ثلاثة اتجاهات بحثية رئيسية في مجال أمراض سرطان الثدي: الكشف عن صورة الانقسام النووي على المستوى الخلوي، والكشف عن منطقة الورم وتقسيمها على المستوى الإقليمي، والتحليل الكمي للمناعة الكيميائية.

تعتبر الخلايا المناعية المتسللة إلى الورم (TIICs) ونقائل الورم من السمات المهمة للأورام في جسم الإنسان. منذ وقت ليس ببعيد،استخدم باحثون من جامعة كنتاكي وجامعة ماكاو للعلوم والتكنولوجيا وجامعة ماكاو والمستشفى التابع الأول لجامعة قوانغتشو الطبية نموذج الشبكة العصبية لإنشاء نظام تسجيل دقيق للتنبؤ، MIRS (درجة المخاطر النقائلية والمناعة الجينية)، لتصنيف نقائل الورم والمخاطر المناعية الجينية.وهذا يوفر أداة تنبؤية يمكن تطبيقها عالميًا تقريبًا على مرضى سرطان الثدي، مما يوفر اتجاهات جديدة لاختيار العلاج في مجموعة مرضى سرطان الثدي.

أبرز الأبحاث:

* يمكن استخدام نظام MIRS، وهو نظام تسجيل للتنبؤ بتشخيص سرطان الثدي وعلاجه، لتوجيه صياغة استراتيجيات العلاج لمرضى سرطان الثدي

* قامت هذه الدراسة بتحليل تأثير النقائل والتسلل المناعي على تشخيص سرطان الثدي

* يمكن أن يوفر MIRS إرشادات حول الأنواع الفرعية المختلفة من BRCA، ويتمتع IVL بأعلى مستوى تعبير في النوع الفرعي TNBC

المؤلف المراسل لهذه المقالة، شياوهوا دوغلاس تشانغ، هو أستاذ الإحصاء الحيوي في جامعة كنتاكي. حصل على درجة الدكتوراه. حصل على درجة البكالوريوس في الإحصاء من جامعة كارنيجي ميلون، ودرجة الماجستير التنفيذي في إدارة الأعمال من كلية قوانغهوا للإدارة في جامعة بكين، ودرجة الماجستير في علم الوراثة من جامعة بكين، ودرجة البكالوريوس في علم الأحياء من جامعة بكين العادية. ومن الجدير بالذكر أنه عمل أيضًا في شركة ميرك لمدة 14 عامًا وكان كبير العلماء.
الصفحة الرئيسية الشخصية:

https://cph.uky.edu/directory/xiaohua-zhang

احصل على الورقة:
https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108322

قم بمتابعة الحساب الرسمي ورد "MIRS" للحصول على ملف PDF كامل

مجموعة البيانات: اختيار الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي

طبقت هذه الدراسة في البداية تحليل مجموعة الجينات الفردية (ssGSEA) لفحص درجات الإثراء لـ 45 سمة مناعية مرتبطة بالبيئة المحيطة بالورم لدى مرضى سرطان الثدي من قاعدة بيانات TCGA (أطلس جينوم السرطان).

وبناءً على هذه البيانات، استخدمت الدراسة أيضًا أسلوب التجميع الهرمي لتقسيم المرضى إلى مجموعة ذات تسلل خلايا مناعية عالية ومجموعة ذات تسلل خلايا مناعية منخفضة. وبعد ذلك، حدد الباحثون 1222 جينًا معبرًا عنه بشكل تفاضلي (DEGs) بين مجموعات تسلل الخلايا المناعية العالية والمنخفضة من خلال اختبار مجموع رتب ويلكوكسون.

في الوقت نفسه، من أجل الكشف عن الجينات المرتبطة بالنقائل، أجرت الدراسة أيضًا اختبار مجموع رتب ويلكوكسون بين مرضى نقائل سرطان الثدي والمرضى الأساسيين استنادًا إلى مجموعتين رئيسيتين من GEO (Gene Expression Omnibus)، GSE10893 (n = 18) و GSE3521 (n = 75)، وتم فحص 2159 جينًا معبرًا عنه بشكل تفاضلي (DEGs). وبعد التداخل مع 1222 جينًا سابقًا، وجد أنه يحتوي على 52 جينًا متداخلًا.

وبناءً على هذه الجينات المتداخلة البالغ عددها 52 جينًا، قام الباحثون بفحص 12 جينًا مرتبطًا بالبقاء الإجمالي للمرضى (OS) وأسسوا نموذجًا تنبؤيًا لإطار الشبكة العصبية، وهو MIRS، لهذه الجينات الـ 12. وبناءً على درجة MIRS، قامت الدراسة في النهاية بتقسيم المرضى إلى نوعين فرعيين MIRS مرتفع ومنخفض، واستخدمت درجة MIRS لتوجيه العلاج الكيميائي أو العلاج المناعي.

هندسة النموذج: أظهر نموذج الشبكة العصبية أفضل أداء تنبؤي

كما قام الباحثون بتقسيم الجينات الـ12 المرشحة التي تم فحصها من بين 52 جينًا إلى جينات وقائية وجينات خطرة. بالنسبة للجينات الوقائية، يتم تعيين قيمة "0" عندما تكون حالة التعبير الجيني أعلى من متوسط العينة، ويتم تعيين قيمة "1" عندما تكون أقل من المتوسط؛ بالنسبة للجينات الخطيرة، يتم تعيين قيمة "1" عندما تكون حالة التعبير الجيني أعلى من متوسط العينة، ويتم تعيين قيمة "0" عندما تكون أقل من المتوسط.

وبعد ذلك، قام الباحثون بتقسيم مجموعة TCGA (N = 1100) بشكل عشوائي إلى بيانات تدريب وبيانات اختبار بنسبة 7:3، واستخدموا أربع طرق للتعلم الآلي، بما في ذلك الشبكة العصبية (NN)، والانحدار الإحصائي (LR)، والغابة العشوائية (RF) وآلة الدعم المتجه (SVM)، لإنشاء نظام تسجيل تنبؤي يعتمد على 12 جينًا مرشحًا.

كما هو موضح في الشكل أدناه، يوضح تحليل منحنى ROC أن نموذج الشبكة العصبية يظهر أفضل أداء للتنبؤ بغض النظر عن كيفية تغير مجموعة التدريب أو مجموعة الاختبار.

وعلى هذا الأساس، استخدمت الدراسة أيضًا شبكة عصبية كلاسيكية ذات طبقة مخفية لإنشاء نموذج تنبؤي كما هو موضح في الشكل أدناه، مما يحدد الشبكة_ن1 = و_1,1أنا₁ + و_2,1أنا₂ +…+ و_12,1أنا₁₂ + ب₁حيث W هو وزن كل عقدة إدخال وij (j = 1,2…12) هي حالة "0-1" للجين.

في طبقة الإخراج، استخدمت الدراسة Tensorflow وKeras لبناء شبكة عصبية، واستخدمت ReLU كدالة تنشيط في الطبقة المخفية، وطبقت دالة Softmax على عقد "البقاء" و"الموت" في طبقة الإخراج، واستخدمت خطأ الإنتروبيا المتقاطعة كدالة خسارة، واستخدمت خوارزمية Adam لتحسين أوزان الجينات التنبؤية. بعد التدريب، يتم تحديد معامل كل جين تشخيصي من خلال الوزن الأقصى للطبقة المخفية.

فيما يلي مثالان لحسابات MIRS أثناء العمل:

استنتاجات البحث: من المرجح أن ينتشر النوع الفرعي MIRS-low، وأن يكون العلاج الكيميائي أكثر فائدة للنوع الفرعي MIRS-high

تناولت هذه الدراسة بشكل أعمق العلاقة بين ملفات الجينوم المناعي وMIRS لدى مرضى سرطان الثدي باستخدام خوارزمية ESTIMATE. وأظهرت النتائج أن النوع الفرعي MIRS المنخفض يحتوي على نسبة أعلى من الخلايا المناعية والخلايا الجذعية، ولكن نقاء الورم أقل. ويشير هذا إلى وجود مستويات أعلى من الخلايا المناعية المتسللة إلى الورم في النمط الفرعي MIRS المنخفض.

بالإضافة إلى ذلك، أجرت هذه الدراسة أيضًا درجات ssGSEA على 17 مسارًا مرتبطًا بالمناعة بين النوعين الفرعيين من MIRS. وأظهرت النتائج أن مستويات التسلل المناعي كانت أعلى بشكل ملحوظ في النمط الفرعي MIRS المنخفض مقارنة بالنمط الفرعي MIRS المرتفع في جميع المسارات تقريبًا.

بالإضافة إلى ذلك، استكشفت هذه الدراسة أيضًا العلاقة بين درجة MIRS ونقائل السرطان. في النمط الفرعي MIRS-low، كان هناك ارتفاع في نشاط عوامل الإشارة النقيلية، بما في ذلك نقص الأكسجين، وإشارات TGF-β، وتكوين الأوعية الدموية، ودرجات التحول الظهاري المتوسطي (EMT) (الشكلان 2F و2H). وفي الوقت نفسه، لاحظ الباحثون زيادة نشاط الخلايا البلعمية M1 (الشكل 2D أدناه) وتكوين الأوعية الدموية (الشكل 2F أدناه) في النوع الفرعي MIRS المنخفض، وهو ما يتفق مع وجهات النظر السابقة. بالإضافة إلى ذلك، ارتبط MIRS سلبًا بجينات علامة تكوين الأوعية الدموية (الشكل 1G).

وفي الختام، قد يكون النوع الفرعي MIRS المنخفض مع التسلل المناعي العالي أكثر عرضة للنقائل.

نظرًا لأن النمط الفرعي MIRS-low لديه تسلل عالي لـ TIICs في TME، فمن الناحية النظرية، يجب أن يكون المرضى الذين يعانون من النمط الفرعي MIRS-low حساسين لعلاج حصار نقطة التفتيش المناعي (ICB)، وقد أظهر MIRS في النهاية أيضًا أن النمط الفرعي MIRS-low قد يكون أكثر حساسية لعلاج ICB من النمط الفرعي MIRS-high.

كما قامت الدراسة بتحليل العلاقة بين MIRS والعلاج الكيميائي. وأظهر تحليل البقاء على قيد الحياة أن معدل البقاء على قيد الحياة لمرضى النوع الفرعي MIRS المرتفع بعد العلاج الكيميائي كان أعلى من معدل البقاء على قيد الحياة لمرضى النوع الفرعي MIRS المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسة أن معدل البقاء على قيد الحياة للمرضى الذين يعانون من ارتفاع MIRS والذين تلقوا العلاج الكيميائي كان أعلى بشكل ملحوظ من معدل البقاء على قيد الحياة للمرضى الذين يعانون من ارتفاع MIRS والذين لم يتلقوا العلاج الكيميائي. وتشير هذه النتائج إلى أنقد يكون العلاج الكيميائي أكثر فائدة للنوع الفرعي MIRS المرتفع.

أنواع فرعية من سرطان الثدي الثلاثي السلبي: يكشف MIRS عن أهداف جينية تشخيصية محتملة

بين الأنواع الفرعية لسرطان الثدي، لا يزال تقدم علاج سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC) يواجه العديد من التحديات، وهناك حاجة ملحة للعثور على المزيد من المؤشرات الحيوية التي يمكن أن تحسن التشخيص. بالمقارنة مع النمط الفرعي MIRS-low، فإن النمط الفرعي MIRS-high لديه معدل بقاء أقل، لذلك يمكن استخدامه كجين هدف مرشح لتقدم سرطان الثدي الثلاثي السلبي. تم التعبير بشكل كبير عن ثمانية وخمسين جينًا في النمط الفرعي MIRS المرتفع.

وبعد ذلك، استخدم الباحثون ثلاث خوارزميات للتعلم الآلي، وهي XGboost، وBorota RF، وElasticNet، لاختيار الجينات الأكثر أهمية. وأخيرا، تم العثور على 9 جينات مهيمنة في مخطط فين لـ 4 مجموعات من الجينات. أظهرت منحنيات البقاء أن مستوى التعبير عن IVL (Involucrin) يؤثر على نتائج البقاء على قيد الحياة لأنواع فرعية مختلفة من سرطان الثدي.

علاوة على ذلك، كان لدى IVL أعلى مستوى تعبير في النوع الفرعي TNBC ومستوى تعبير أقل في النوع الفرعي BRCA. من خلال تحليل علامات المسار المرتبطة بهجرة الخلايا، تم إثراء مسارات هجرة الخلايا بشكل كبير في المجموعة ذات مستوى IVL المرتفع. تشير هذه النتائج إلى أن IVL قد يكون هدفًا محتملاً لاستكشاف تشخيص الأنواع الفرعية من سرطان الثدي الثلاثي السلبي.

لا يزال تشخيص وعلاج سرطان الثدي في مرحلة ضعف الذكاء الاصطناعي

يلعب الأطباء دورًا حيويًا في تشخيص وعلاج سرطان الثدي. ومع ذلك، فإن تدريب جراح الثدي المؤهل يتطلب الكثير من الوقت والجهد. اليوم، يوفر تطبيق الذكاء الاصطناعي المزيد من القوة الطبية لعلاج سرطان الثدي، ومن المتوقع أن يقلل من ارتفاع معدل الإصابة والوفيات بسبب سرطان الثدي.

ومع ذلك، فإن أبحاث الذكاء الاصطناعي الحالية في تشخيص أمراض الثدي وعلاجها تركز بشكل أساسي على تصوير الثدي بالأشعة السينية، والموجات فوق الصوتية، وتكنولوجيا التعلم العميق لبيانات الصور المرضية، بالإضافة إلى اتخاذ القرارات بشأن تشخيص سرطان الثدي وعلاجه، وإدارة المستشفيات وغيرها من الفروع والمجالات.هناك نقص في التصميم رفيع المستوى لدمج نماذج التعلم العميق المتعددة، أي أن هناك نقصًا في نماذج التعلم العميق التي يمكنها تحديث وتخزين وتحليل المعلومات الحقيقية في الوقت الفعلي، ودمج تشخيص قراءة الصور بالذكاء الاصطناعي، والعلاج الفردي والتنبؤ بالمخاطر.

ومن أجل تسريع ابتكار تقنيات الذكاء الاصطناعي والتنمية الصناعية، اقترحت بلادي في خطة "الصين الصحية 2030" الصادرة في وقت مبكر من عام 2016 المضي قدما في تشخيص وعلاج أمراض الثدي. في المستقبل، سوف يحقق الذكاء الاصطناعي تقدمًا كبيرًا في تطبيق تشخيص وعلاج أمراض الثدي. وتقترح "المبادئ التوجيهية لتشخيص وعلاج سرطان الثدي CSCO 2021" أيضًا ما يلي: تشجع مجموعة الخبراء إجراء البحوث السريرية المتعلقة بالذكاء الاصطناعي وتطوير أنظمة الذكاء الاصطناعي ذات حقوق الملكية الفكرية المستقلة في بلدي.

في الصين، هناك ما يقرب من 400 ألف حالة جديدة من سرطان الثدي كل عام، منها أكثر من 70% من المدن من الدرجة الثالثة والرابعة، وعدد المرضى أصبح أصغر سنا وأكثر تحضرا. وفي السنوات الأخيرة، عملت الحكومات المحلية على زيادة استثماراتها في فحص سرطان الثدي لدى النساء بشكل مستمر، واستفادت المزيد والمزيد من النساء من ذلك. ويأمل الباحثون أيضًا أن يتمكن الذكاء الاصطناعي من استكشاف حلول جديدة لمرض السرطان في المستقبل.

مراجع:

https://www.chinanews.com.cn/life/2023/02-20/9956815.shtml