نانوحسگرهای هوشمند؛ راهکاری نوین برای تشخیص خانگی سرطان

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مایکروسافت با بهره‌گیری از هوش مصنوعی، نسل جدیدی از حسگرهای مولکولی مبتنی بر نانوذرات طراحی کرده‌اند که می‌تواند به تشخیص بسیار زودهنگام سرطان کمک کند.

به گزارش خبرگزاری سیناپرس ، تشخیص سرطان در مراحل ابتدایی، شانس درمان موفق را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. با همین هدف، تیمی به رهبری سانگیتا باتیا از MIT و آوا امینی از Microsoft Research سامانه‌ای مبتنی بر یادگیری عمیق توسعه داده‌اند که می‌تواند «پپتیدها»ی بسیار اختصاصی برای شناسایی آنزیم‌های مرتبط با سرطان طراحی کند.

بسیاری از سلول‌های سرطانی دارای فعالیت بیش‌ازحد آنزیم‌هایی به نام پروتئاز هستند. این آنزیم‌ها با بریدن پروتئین‌های اطراف سلول، به گسترش و متاستاز سرطان کمک می‌کنند.

پژوهشگران نانوذراتی ساخته‌اند که سطح آن‌ها با پپتیدهای خاص پوشانده شده است. اگر این نانوذرات در بدن با پروتئازهای مرتبط با سرطان مواجه شوند، پپتیدها بریده می‌شوند و محصولات این فرایند در ادرار ظاهر می‌شوند. این سیگنال‌ها را می‌توان با یک نوار تشخیصی ساده، مشابه تست بارداری، شناسایی کرد، آن هم با یک آزمایش ساده ادرار که حتی در خانه قابل انجام است

نقش کلیدی هوش مصنوعی

در مطالعات پیشین، انتخاب پپتیدها اغلب به روش آزمون‌وخطا انجام می‌شد و اختصاصیت کافی نداشت. در این پژوهش، محققان سامانه‌ای به نام CleaveNet توسعه داده‌اند؛ یک مدل یادگیری عمیق که مانند مدل‌های زبانی، توالی‌های آمینواسیدی را پیش‌بینی می‌کند.

با توجه به این‌که تنها برای یک پپتید ۱۰ اسیدآمینه‌ای، حدود ۱۰ تریلیون ترکیب ممکن وجود دارد، استفاده از هوش مصنوعی امکان جست‌وجوی سریع و کم‌هزینه این فضای عظیم را فراهم می‌کند.

دستاورد مهم پژوهش

به‌عنوان نمونه، تیم تحقیقاتی پپتیدهایی طراحی کرد که به‌طور بسیار اختصاصی و کارآمد توسط آنزیمی به نام MMP۱۳ بریده می‌شوند؛ آنزیمی که نقش مهمی در متاستاز سرطان دارد. این پپتیدها حتی در داده‌های آموزشی مدل وجود نداشتند، اما در آزمایش‌ها عملکرد بسیار دقیقی از خود نشان دادند.

کاربردهای آینده

غربالگری خانگی سرطان: تشخیص هم‌زمان و زودهنگام ده‌ها نوع سرطان با یک آزمایش ساده ادرار

بهبود درمان‌ها: استفاده از پپتیدهای هوشمند برای آزادسازی هدفمند دارو فقط در محیط تومور

نقشه‌برداری زیستی: ایجاد اطلس جامع از فعالیت پروتئازها در انواع سرطان

به گفته باتیا، هدف نهایی این است که بتوان نشانه‌های سرطان را زمانی شناسایی کرد که تومور هنوز بسیار کوچک است یا حتی پیش از عود بیماری پس از جراحی.

این پژوهش نشان می‌دهد ترکیب نانوپزشکی و هوش مصنوعی می‌تواند مسیر تشخیص زودهنگام سرطان را متحول کند؛ مسیری که به آزمایش‌های ساده، غیرتهاجمی و در دسترس همگان منتهی می‌شود و می‌تواند جان میلیون‌ها نفر را نجات دهد.