Αλμα προόδου στην επεξεργασία βιοϊατρικών δεδομένων με καινοτόμα εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης για την προώθηση της έρευνας σε σοβαρές ασθένειες όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας, ο αυτισμός και ο καρκίνος του πνεύμονα, συντελείται το τελευταίο διάστημα στο Ιόνιο Πανεπιστήμιο. Το Εργαστήριο Βιοπληροφορικής και Ανθρώπινης Ηλεκτροφυσιολογίας (BiHELab) του Τμήματος Πληροφορικής του Ιονίου Πανεπιστημίου, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Παναγιώτη Βλάμου, «κατασκεύασε» δέκα υπερσύγχρονες ψηφιακές βιοτράπεζες τεχνητής νοημοσύνης, οι οποίες εκτιμάται ότι θα συμβάλλουν σημαντικά μεταξύ άλλων στην κατανόηση ασθενειών, στον εντοπισμό νέων ή σύνθετων βιοδεικτών, στην εφαρμογή ιατρικής ακριβείας για τους ασθενείς και στον ανασχεδιασμό θεραπειών, ενώ παράλληλα προσφέρουν υπεραξία στην ελληνική ερευνητική κοινότητα.
Οι 10 ψηφιακές βιοτράπεζες αφορούν πέντε βασικές κατηγορίες ασθενειών: νευρολογικές διαταραχές (νόσος του Huntington, αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση και σκλήρυνση κατά πλάκας), νευροαναπτυξιακές διαταραχές (διαταραχή του φάσματος του αυτισμού), ψυχιατρικές διαταραχές (διαταραχή μετατραυματικού στρες), μολυσματικές ασθένειες (COVID-19) και ογκολογικές παθήσεις και συγκεκριμένα καρκίνο του πνεύμονα, του δέρματος, του παγκρέατος και του παχέος εντέρου. Προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα ψηφιακών δεδομένων μεγάλου όγκου, στα οποία συμπεριλαμβάνονται δεδομένα ιατρικής απεικόνισης, μοριακής βιολογίας καθώς και κλινικά δεδομένα. Ειδικότερα, συνολικά συγκεντρώνουν περισσότερα από 5.000.000 δεδομένα που καταγράφουν γονιδιακές εκφράσεις, πάνω από 50.000 απεικονιστικά δεδομένα, ενώ ενσωματώνουν περισσότερες από 300 ανεξάρτητες μελέτες. Διαθέτουν τελευταίας αιχμής εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης που έχουν αναπτυχθεί αποκλειστικά στο εργαστήριο και τα οποία επιτρέπουν προηγμένη ανάλυση.
Τα δεδομένα θα αφορούν πέντε βασικές κατηγορίες ασθενειών: νευρολογικές διαταραχές, νευροαναπτυξιακές διαταραχές, ψυχιατρικές διαταραχές, μολυσματικές ασθένειες και ογκολογικές παθήσεις.
Οι δυνατότητες μετα-ανάλυσης της πλατφόρμας επιτρέπουν τον συνδυασμό και την αξιολόγηση αποτελεσμάτων από πολλαπλές, ασύνδετες έως τώρα, μελέτες και ετερογενή σύνολα δεδομένων, ανοίγοντας τον δρόμο για συγκριτικές αξιολογήσεις στους μηχανισμούς των ασθενειών, την αποτελεσματικότητα της θεραπείας και τον εντοπισμό νέων ή σύνθετων βιοδεικτών.
«Οι κλασικές τράπεζες βιολογικών υλικών είναι στατικές. Η επεξεργασία των δεδομένων είναι μεμονωμένη. Και για τον λόγο αυτό συνήθως ακολουθούν μία φθίνουσα πορεία στην εξέλιξη», σημειώνει στην «Κ» ο καθηγητής Παναγιώτης Βλάμος. Η διαφορά των ψηφιακών βιοτραπεζών τεχνητής νοημοσύνης που ανέπτυξε το BiHELab, είναι ότι «ξεφεύγουμε από τη στατιστική συλλογή και επεξεργασία μεμονωμένων δειγμάτων και πηγαίνουμε στην ολιστική μελέτη δεδομένων. Αυτή γίνεται με εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης που έχουν αναπτυχθεί και αυτά από το εργαστήριο. Η μελέτη αυτή παράγει μετα-δεδομένα (metadata), και τα οποία δίνουν απαντήσεις που δεν θα μπορούσε να τις έχει ένας μεμονωμένος ερευνητής. Με αυτά, προσπαθούμε να κάνουμε δύο πράγματα: να κατανείμουμε σε προφίλ τους ασθενείς όσον αφορά την εξέλιξη της πάθησής τους, αυτό δηλαδή που ονομάζεται ιατρική ακριβείας, και να διαμορφώσουμε ένα ανοιχτό σύστημα εισαγωγής και ανακάλυψης νέων βιοδεικτών. Εξίσου πρωτοποριακό είναι ότι υπάρχει διαλειτουργικότητα σε κάθε βιοτράπεζα, αλλά και σε όλες μαζί. Με λίγα λόγια οι βιοτράπεζες “μιλάνε” μεταξύ τους, κάτι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον επανασχεδιασμό φαρμάκων». Οπως εξηγεί ο κ. Βλάμος, θα μπορεί να φανεί με την ανάλυση μεγάλου όγκου δεδομένων η επίδραση ενός φαρμάκου σε συγκεκριμένους βιοδείκτες και βάσει αυτής της ανάλυσης να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία παθήσεων.
Οι δέκα ψηφιακές βιοτράπεζες τεχνητής νοημοσύνης είναι ιδιοκτησίας του Εργαστηρίου Βιοπληροφορικής και Ανθρώπινης Ηλεκτροφυσιολογίας και συνεπώς του Ιονίου Πανεπιστημίου. Στην ερώτηση ποιος θα έχει πρόσβαση στις βιοτράπεζες, ο κ. Βλάμος σημειώνει ότι η αρχική απόφαση είναι να έχουν ελεύθερη πρόσβαση νέοι ερευνητές με πολύ καλά ερευνητικά πρωτόκολλα. Επιπροσθέτως, το θέμα της πρόσβασης στις βιοτράπεζες αναμένεται να ενισχύσει τις συνεργασίες του εργαστηρίου με μεγάλα ερευνητικά κέντρα ανά τον κόσμο.
Ερευνα αιχμής
Το Εργαστήριο Βιοπληροφορικής και Ανθρώπινης Ηλεκτροφυσιολογίας (BiHELab) του Ιονίου Πανεπιστημίου βρίσκεται στην αιχμή της έρευνας σχετικά με πολύπλοκες ασθένειες, με ιδιαίτερη έμφαση στις νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Τελευταία έχει επεκτείνει τη δραστηριότητά του και στην έρευνα σε ογκολογικές παθήσεις/νόσους. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία αιχμής τόσο in vitro όσο και in silico προσεγγίσεις, το εργαστήριο είναι αφιερωμένο στην προώθηση της κατανόησης αυτών των ασθενειών. Ενα από τα βασικά πλεονεκτήματα του εργαστηρίου έγκειται στον υπερσύγχρονο εξοπλισμό του για την ανάλυση δεδομένων μοριακής βιολογίας. Το BiHELab αξιοποιεί τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης και της μηχανικής μάθησης για την ανάπτυξη καινοτόμων εργαλείων εξόρυξης δεδομένων και συστημάτων υποστήριξης αποφάσεων. Αυτές οι προηγμένες υπολογιστικές μέθοδοι βοηθούν στην ανάλυση και ερμηνεία πολύπλοκων βιολογικών πληροφοριών, παρέχοντας πολύτιμες γνώσεις και βοηθώντας στην ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπευτικών προσεγγίσεων.