استخدام الذكاء الاصطناعي في علاج أمراض العيون المسببة للعمى
مفهوم العين الإلكترونية
يلقي اكتشاف المعاهد الوطنية للصحة الضوء على الأنسجة المستهدفة بالضمور البقعي المرتبط بالعمر وأمراض أخرى
حدد الباحثون اختلافات واضحة بين الخلايا المكونة لنسيج في شبكية العين وهو أمر حيوي للإدراك البصري البشري. اكتشف العلماء من المعهد الوطني للعيون (NEI) خمس مجموعات سكانية فرعية من الظهارة الصبغية لشبكية العين (RPE) - وهي طبقة من الأنسجة تغذي وتدعم مستقبلات الشبكية الضوئية المستشعرة للضوء. باستخدام الذكاء الاصطناعي ، حلل الباحثون صور RPE بدقة خلية واحدة لإنشاء خريطة مرجعية تحدد موقع كل مجموعة سكانية فرعية داخل العين. نُشر تقرير عن البحث في 6 مايو 2022 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم .
قال مايكل ف. من المعاهد الوطنية للصحة.
قال الباحث الرئيسي في الدراسة ، كابيل بهارتي ، دكتوراه ، الذي يدير قسم أبحاث ترجمة الخلايا الجذعية والعيون NEI: "ستساعدنا النتائج على تطوير علاجات أكثر دقة للخلايا والجينات لأمراض العين التنكسية المحددة".
 |
| باستخدام الذكاء الاصطناعي ، حلل الباحثون RPE من تسعة متبرعين وحددوا خمس مجموعات سكانية فرعية من RPE. هذه المجموعات على طول طيف من حيث مساحة الخلية ونسبة العرض إلى الارتفاع والسداسية وعدد الجيران. تميل Foveal RPE (P1) المطلوبة للرؤية المركزية إلى أن تكون سداسية مثالية ومعبأة بإحكام معًا. RPE المحيطي (P5) عبارة عن أشكال سداسية أقل مثالية وأكثر انتشارًا. |
عندما يصطدم الضوء بالقضيب والمستقبلات الضوئية المخروطية التي تبطن الشبكية في مؤخرة العين ، تبدأ الرؤية. بمجرد تشغيلها ، تنقل المستقبلات الضوئية إشارات عبر شبكة معقدة من الخلايا العصبية الشبكية الأخرى التي تتلاقى عند العصب البصري قبل الانتقال إلى مناطق الدماغ الأخرى. RPE عبارة عن طبقة أحادية تتواجد في خلية واحدة بعمق تحت المستقبلات الضوئية.
قد يؤدي العمر والمرض إلى حدوث تغييرات في التمثيل الغذائي في خلايا RPE ، والتي يمكن أن تسهم في تدهور المستقبلات الضوئية. يختلف تأثير هذه التغييرات RPE على الرؤية بشكل كبير اعتمادًا على شدة وموقع خلايا RPE داخل شبكية العين. يؤثر تنكس الشبكية المتأخر (L-ORD) ، على سبيل المثال ، في الغالب على الشبكية المحيطية وبالتالي على الرؤية المحيطية. يتسبب التنكس البقعي المرتبط بالعمر (AMD) ، وهو سبب رئيسي لفقدان البصر ، في إتلاف خلايا الظهارة الظهارية في البقعة ، والتي تعد ضرورية للرؤية المركزية.
سعى بهارتي وزملاؤه لتحديد ما إذا كانت هناك مجموعات سكانية فرعية مختلفة من RPE قد تفسر الطيف الواسع للأنماط الظاهرية لأمراض الشبكية.
يشرح العلماء المزيد عن RPE وما تعرضه خريطة دقة الخلية الواحدة.
استخدم الفريق الذكاء الاصطناعي (AI) لتحليل قياس شكل خلية RPE والشكل الخارجي والأبعاد لكل خلية. قاموا بتدريب جهاز كمبيوتر باستخدام صور الفلورسنت المسمى RPE لتحليل الطبقة الواحدة أحادية الطبقة البشرية بالكامل من تسعة متبرعين بجثث ليس لديهم تاريخ من أمراض العين الكبيرة.
تم حساب ميزات قياس الشكل لكل خلية من خلايا RPE - في المتوسط ، حوالي 2.8 مليون خلية لكل متبرع ؛ تم تحليل 47.6 مليون خلية في المجموع. قيمت الخوارزمية مساحة كل خلية ، ونسبة العرض إلى الارتفاع (العرض إلى الارتفاع) ، والسداسية ، وعدد الجيران. أشارت الدراسات السابقة إلى أن وظيفة RPE مرتبطة بضيق الوصلات الخلوية. كلما كان الازدحام أكثر ، كان ذلك أفضل للإشارة إلى الصحة الخلوية.
حددوا خمس مجموعات سكانية فرعية فريدة من خلايا RPE ، مصنفة على أنها P1-P5 ، بناءً على قياس التشكل وتجميعها في حلقات متحدة المركز حول النقرة ، وهي مركز البقعة والأكثر حساسية للضوء في شبكية العين. بالمقارنة مع RPE المحيطي ، فإن RPE النقرة سداسية تمامًا وموضعها أكثر إحكاما ، مع عدد أكبر من الخلايا المجاورة.
بشكل غير متوقع ، اكتشفوا أن الشبكية الطرفية تحتوي على حلقة من خلايا RPE (P4) مع منطقة خلوية تشبه إلى حد بعيد RPE داخل وحول البقعة.
قال المؤلف الأول للدراسة ، Davide Ortolan ، الحاصل على درجة الدكتوراه: "إن وجود المجموعة السكانية الفرعية P4 يسلط الضوء على التنوع داخل محيط الشبكية ، مما يشير إلى أنه قد تكون هناك اختلافات وظيفية بين RPE التي لا ندركها حاليًا". زميل باحث في قسم البحوث الانتقالية للعين والخلايا الجذعية في NEI. "هناك حاجة لدراسات مستقبلية لمساعدتنا على فهم دور هذه الفئة السكانية الفرعية."
بعد ذلك ، قاموا بتحليل RPE من الجثث باستخدام AMD. تميل Foveal (P1) RPE إلى الغياب بسبب تلف المرض ، ولم تكن الاختلافات بين الخلايا في المجموعات السكانية الفرعية P2-P5 ذات دلالة إحصائية. بشكل عام ، تميل المجموعات السكانية الفرعية لـ AMD RPE إلى الاستطالة بالنسبة لخلايا RPE التي لا تتأثر بـ AMD.
لمزيد من اختبار الفرضية القائلة بأن تنكسات الشبكية المختلفة تؤثر على مجموعات سكانية فرعية محددة من RPE ، قاموا بتحليل صور التألق الذاتي لقاع المجال الفائق السرعة من المرضى المتأثرين بمشيمية الدم ، أو L-ORD ، أو تنكس الشبكية بدون سبب جزيئي محدد. بينما أجريت هذه الدراسات في وقت واحد ، إلا أنها لا تزال تظهر أن المجموعات السكانية الفرعية المختلفة من RPE معرضة لأنواع مختلفة من أمراض الشبكية التنكسية.
قال أورتولان: "بشكل عام ، تشير النتائج إلى أن الذكاء الاصطناعي يمكنه اكتشاف التغيرات في قياس الشكل الخلوي لخلية RPE قبل تطور التنكس الظاهر الواضح".
قد تظهر التغييرات الشكلية المرتبطة بالعمر أيضًا في بعض المجموعات السكانية الفرعية RPE قبل أن يتم اكتشافها في الآخرين. ستساعد هذه النتائج في إرشاد الدراسات المستقبلية باستخدام تقنيات التصوير غير الغازية ، مثل البصريات التكيفية ، التي تحل خلايا الشبكية بتفاصيل غير مسبوقة ويمكن استخدامها للتنبؤ بالتغيرات في صحة RPE في المرضى الأحياء.
المرجع:
"خريطة أحادية الخلية بدقة للظهارة الصبغية البشرية في شبكية العين تساعد على اكتشاف المجموعات السكانية الفرعية ذات الحساسية التفاضلية للأمراض" بواسطة Ortolan D ، و Sharma R ، و Volkov A ، و Maminishkis A ، و Hotaling NA ، و Huryn LA ، و Cukras C ، و Di Marco S ، و Bisti S وبهارتي ك ، 6 مايو 2022 ، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم .