AI i stamcelleforskning
Kunstig intelligens hjælper forskere med at forstå, hvordan en faldende population af stamceller bidrager til aldring
Anvendelsen af kunstig intelligens (AI) i medicinsk forskning er stigende. I nogle af de seneste undersøgelser bruges avancerede computeralgoritmer til at finde ud af, hvorfor vi ældes.
Hvorfor bliver vi ældre?
Uret vil naturligvis altid fortsætte med at tikke, men hvorfor ændrer vores kroppe sig, hvorfor bliver vi rynkede og svage? Spørgsmålet er så indlysende, at det kan være overraskende at høre, at svaret fra videnskaben er noget uklart. Nogle forskere har antydet, at aldring skyldes, at kroppen akkumulerer skader og ødelæggelser gennem årene og bliver slidt som et par gamle sneakers, mens andre mener, at det er en biologisk programmeret proces, der spiller en evolutionær rolle, ligesom barndom og pubertet. De to tilgange afspejler den gamle modsætning med hensyn til natur og pleje, men begge lejre er enige om, at stamceller er centrale i processen.
Voksne stamceller er umodne celler, hvis funktion er at erstatte beskadigede eller døde celler med nye friske celler.
Dette sker ved at cellerne gennemgår en såkaldt asymmetrisk celledeling, hvor den ene dattercelle modnes til en funktionel celle klar til at udføre sin helende funktion i kroppen, mens den anden dattercelle bevarer sin status som stamcelle. Asymmetrien er således kritisk for at opretholde det regenerative potentiale; hvis begge celler efter opdeling bliver funktionelle celletyper, såsom blod eller hudceller, er der ingen tilbage til at skabe nye celler i fremtiden.
For ikke at spilde ressourcer og bane vejen for kræft, er celledeling strengt reguleret, og nye celler dannes kun, når behovet opstår.
Men hvad er behovene, og hvordan informerer kroppen cellerne? Det er meget forskelligt. Neuroner, for eksempel, er næsten udelukkende skabt i livmoderen og i løbet af de første leveår og forbliver derefter i resten af dit liv, mens der i knoglemarven utroligt nok dannes 3 millioner røde blodlegemer hvert sekund! Men hvad sker der, hvis du mister blod, hvordan ved kroppen, at den skal producere flere? Det viser sig, at der er mange faktorer, der spiller ind i forhold til hvor meget blod der skal produceres. For eksempel skal der dannes mere blod i tilfælde af en skade eller bloddonation, men dette gælder også, hvis du er i en højere end gennemsnittet, hvis du pludselig træner mere, hvis du går op i vægt osv.
Kunstig intelligens kan hjæpe os til at forstå stammcellernes sprog
Forskere har forsøgt at forstå og kontrollere disse signaler til stamcellerne i håbet om en dag at kunne holde os unge og sunde i længere tid. Desværre har det vist sig at være ekstremt kompliceret, fordi der ikke ser ud til at være en enkelt simpel forklaring, men et antal faktorer og signaler, der sammen bestemmer, hvordan, hvornår og hvis en stamcelle skal skabe en ny celle.
Det er her kunstig intelligens kommer ind i billedet.
Hvad AI virkelig er god til er at lære at se mønstre i store mængder ustrukturerede data. Den britiske forsker Dr. Ben MacArthur ved University of South Hampton er professor i kvantitativ biomedicin og ekspert i anvendelse af AI i stamcelleforskning. Han og hans samarbejdspartnere fodrede store mængder eksperimentelle data ind i et kunstigt neuralt netværk, en slags computerprogram, der fungerer på samme måde som vores hjerne.
Ved at se på aktiviteten af et stort antal gener var det neurale netværk i stand til at få et ensartet billede af, hvordan en celle opfører sig og dermed give forskere et klarere billede af, hvordan aldring forløber. Det viste sig, at celler fra ældre individer (i dette tilfælde 18 måneder gamle mus) havde mistet evnen til at opdele asymmetrisk og derfor udtømte puljen af stamceller, som forskerne mener er et af de vigtigste brikker i puslespillet i biologisk aldring. Uden stamceller kan vævene ikke forny sig, det fører til akkumulering af skader, som vi ser som aldrende.
Anvendelsen af AI er stigende i stamcelleforskning
Dette er ikke den første undersøgelse, der bruger AI til bedre at forstå, hvordan stamceller fungerer. Dr. Demarcus Briers, en amerikansk videnskabsmand, publicerede for nylig en undersøgelse, hvor AI blev anvendt for at få stamceller til at vokse i et mønster, der er specificeret af forskerne. Håbet er, at en sådan kontrol i fremtiden vil muliggøre konstruktion af organer, der kan implanteres i patienter i nød.
“Vores maskinlæringsmodel giver os mulighed for at forudsige nye måder, hvorpå stamceller kan organisere sig selv, og skaber instruktioner om, hvordan vi kan genskabe disse forudsigelser i laboratoriet,” fortæller han Drug target review [3].
En anden metode er at lade AI vælge de celler, der har den bedste kliniske anvendelse, for eksempel for at skabe de fleste blodceller [4].
Nogle gange tager forskningsfelter store skridt fremad, når de krydses med andre felter.
Kunstig intelligens er primært blevet drevet af store it-virksomheder som Google og Facebook, men anvendes nu i højere grad inden for medicinsk forskning. Det vil tage lang tid, før vi fuldstændigt mestrer det molekylære sprog, og hvordan det påvirker vores biologiske alder, men drømmen om evigt liv vil sandsynligvis leve evigt.
Kilder:
1: https://www.nature.com/articles/s41591-020-01182-99
2: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33296684/
4: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301472X19309956