Zastosowanie sztucznej inteligencji w metabolomice może pomóc w przewidywaniu choroby Parkinsona. Wykazuje dużą dokładność na długo przed pojawieniem się pierwszych objawów

Dzięki wykorzystaniu sztucznej sieci neuronowej naukowcom z Australii i Stanów Zjednoczonych udało się wyodrębnić unikalne kombinacje metabolitów powiązane z chorobą Parkinsona. Narzędzie o nazwie CRANK-MS, wykorzystując dane z analizy krwi, zidentyfikowało wczesne markery zachorowania. Badacze sądzą, że dzięki temu w przyszłości uda się opracować proste testy diagnostyczne z krwi.

– Choroba Parkinsona to wyniszczająca choroba neurologiczna, która charakteryzuje się powolnością ruchów, drżeniem ciała, sztywnością mięśni i zaburzeniami równowagi. Nie ma konkretnego testu na tę chorobę, chociaż znane są jej wczesne oznaki, takie jak apatia czy problemy ze snem, które pojawiają się nawet kilkadziesiąt lat przed wystąpieniem faktycznych objawów. Nas interesowało wykorzystanie sztucznej inteligencji do wczesnego wykrywania chorób i przyglądaliśmy się różnym zbiorom danych. Jeden z nich pochodzi z Hiszpanii i zawiera dane ok. 40 tys. osób obejmujący ponad dekadę. Monitorowano zdrowie tych ludzi i od niektórych pobrano krew. Część z nich, niewielki podzbiór, około 90 osób, później zachorowała na chorobę Parkinsona. Oznaczało to, że krew pobrana na długo przed pojawieniem się objawów mogła zawierać wczesne wskazówki świadczące o przyszłej chorobie – mówi agencji Newseria Innowacje Alexander Donald, adiunkt na Wydziale Chemii Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) w Sydney w Australii.

Naukowcy zbadali więc próbki krwi zbierane od osób w wieku 41–69 lat, losowo rekrutowanych z populacji ogólnej w latach 1993–1996 z trzech regionów Hiszpanii.  

– Badacze z Hiszpanii przeprowadzili dogłębną analizę chemiczną tych próbek krwi przy użyciu techniki zwanej spektrometrią mas, która doskonale nadaje się do wykrywania wielu różnych substancji chemicznych w sposób niemal równoczesny. Próbowali w ten sposób wskazać możliwie jak najwięcej substancji chemicznych. My z kolei wytrenowaliśmy naszą SI na tym zbiorze danych, żeby zobaczyć, czy możemy rozpoznać osoby, które następnie zapadną na chorobę Parkinsona – wyjaśnia Alexander Donald. – Opracowaliśmy narzędzie oparte na sztucznej inteligencji, które potrafi wcześnie przewidzieć zachorowanie na chorobę Parkinsona, wykorzystując dane ze spektrometrii mas, którego dokładność wynosi aż 96 proc. Mimo że wynik opiera się na niewielkiej próbie, ten publicznie dostępny program SI ma potencjał do wczesnego wykrywania chorób.

Badacze z UNSW i Uniwersytetu Bostońskiego skoncentrowali się na 39 pacjentach, u których nawet 15 lat później zdiagnozowano chorobę Parkinsona. Po porównaniu z osobami z grupy kontrolnej, u których nie rozwinęła się choroba, naukowcy zidentyfikowali unikalne biomarkery związane z procesami metabolicznymi, mogące stanowić wczesne objawy Parkinsona, oraz takie, które mogą zapobiegać wystąpieniu choroby. W próbkach krwi pacjentów, którzy zachorowali, wykryto m.in. obecność polifluorowanych substancji alkilowych (PFAS), stosowanych np. w chemikaliach przemysłowych. Osoby te miały ponadto niskie stężenie triterpenoidów, co może sugerować, że odpowiednia, bogata w te związki dieta (np. śródziemnomorska) może zapobiegać chorobie Parkinsona.

– Dążymy do dalszej weryfikacji naszych badań w dużo większych i bardziej zróżnicowanych populacjach. Jesteśmy też zainteresowani testowaniem innych metod wykrywania choroby Parkinsona. Nadal daleko jeszcze do testu z krwi, do tego potrzebna jest dokładniejsza charakterystyka biomarkerów. Musimy znaleźć mechanistyczne związki z chorobą, aby prześledzić relację przyczynowo-skutkową tych biomarkerów, a następnie opracować odpowiednie testy, które będzie można przeprowadzić w dowolnym laboratorium analitycznym na świecie. Pomogłoby to we wczesnym diagnozowaniu choroby – mówi ekspert Wydziału Chemii Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.

Co ważne obecnie chorobę Parkinsona rozpoznaje się na podstawie objawów fizycznych. Zdaniem twórców narzędzie CRANK-MS może być wykorzystywane również przez badaczy zajmujących się diagnostyką innych chorób, np. nowotworowych. Program jest dostępny publicznie.

– Już widać potencjał, jaki zastosowanie SI może mieć w wykrywaniu chorób w oparciu o analizę chemiczną krwi. Wczesne wykrywanie daje większe szanse zapewnienia skutecznego leczenia i poradnictwa dla osób, które mogą zachorować na chorobę Parkinsona. Dzięki postawieniu wczesnej diagnozy lekarze mogą zastosować u swoich pacjentów skuteczniejsze metody zapobiegawcze, na przykład odpowiednie ćwiczenia lub zmiany stylu życia, które mogą obniżyć ryzyko zachorowania. Wczesna wiedza nie tylko daje większy spokój, ale również obniża koszty opieki zdrowotnej – podkreśla Alexander Donald. 

Jak podaje Światowa Organizacja Zdrowia, częstość zachorowania na chorobę Parkinsona na świecie podwoiła się w ciągu ostatniego ćwierćwiecza. Statystyki dotyczące zgonów i niepełnosprawności z jej powodu rosną szybciej niż w przypadku jakiegokolwiek innego zaburzenia neurologicznego. Globalne szacunki w 2019 roku wykazały, że na chorobę Parkinsona cierpi ponad 8,5 mln osób. Przy obecnej dynamice w 2040 roku ta liczba może wzrosnąć do 12 mln.