02.07.2022
Наш канал в Telegram: https://t.me/berzaru

Нейросеть научили выращивать искусственные органы для пересадки

Сетчатка глаза

Международная группа учёных создала нейросеть, которая может распознавать ткани формирующейся сетчатки до её окончательной дифференцировки, что делает возможным применение метода при выращивании сетчатки для пересадки. В разработке участвовали учёные из МФТИ совместно с коллегами из Института системного программирования и Института глазных исследований имени Чарльза Шепенса Гарвардской школы медицины (США).

«Сетчатка человека имеет крайне ограниченный потенциал к регенерации. Это значит, что любая прогрессирующая потеря нейронов, например, при глаукоме, неизбежно приводит к полной слепоте. Сейчас врачам практически нечего предложить таким пациентам, кроме как начинать учить таблицы Брайля. Наша работа делает биомедицину на шаг ближе к созданию клеточной терапии для лечения заболеваний сетчатки глаза, что позволит не только предотвратить их развитие, но и вернуть больным уже утраченное зрение», – объяснил один из авторов работы, руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.

Главная проблема при выращивании искусственных органов заключается в том, чтобы заставить их сформировать правильную послойную структуру, которая повторяет структуру настоящих органов. Сейчас ученые добиваются этого с помощью трёхмерных полимерных каркасов, а также превращая оригинальные органы пациента, к примеру, одну из почек, в своеобразный «шаблон» для роста, очищая их от клеток и оставляя обрамляющие их белки.

Ещё этого можно добиться, подобрав такой набор химических сигналов, который заставит стволовые клетки сформировать так называемый органоид – миниатюрное подобие органа. Как показывают опыты последних пяти лет, подобный подход позволяет создавать полноценные аналоги тканей сетчатки глаза, мозга и ряда других сложных органов.

Главная проблема подобной методики, по словам учёных, заключается в том, что зачастую стволовые клетки превращаются в разные типы тканей случайным образом, что по сути делает каждый органоид уникальным. Это резко ограничивает их применимость в научных экспериментах и в клинической практике.

С этой проблемой можно бороться, помечая разные типы клеток светящимися белками. Однако из-за этого органоиды уже нельзя использовать для пересадки. Российские исследователи решили эту проблему: их методика позволяет определять количество разных типов клеток и структуру органоидов с помощью нейросетей.

В отличие от врачей и учёных, которым нужно подсвечивать изучаемые органоиды, нейросеть определяет, какие клетки есть внутри органоида, анализируя его структуру. Её работу учёные проверили на одной из самых важных задач – предсказании того, как будет формироваться искусственная ткань сетчатки глаза. Сейчас медики не умеют восстанавливать её внутри организма пациентов, поэтому если научиться создавать ее искусственные аналоги, то врачи впервые смогут возвращать зрение своим пациентам.

Волчков и его коллеги сделали существенный шаг в сторону решения этой задачи, получив фотографии трёх тысяч образцов растущей искусственной сетчатки глаза, окрашенной флуоресцирующими белками, а также без подобной «подсветки». Эти снимки ученые передали коллегам, которые хорошо умеют отличать разные компоненты сетчатки друг от друга, и попросили их классифицировать фотографии.

Далее исследователи обучили нейросеть определять типы клеток на примере 700 снимков, после чего проверили её работу на 250 других фотографиях. Эти опыты показали, что нейросеть справлялась с этой задачей гораздо лучше человека – она получала правильный ответ в 84% случаев, тогда как эксперты делали это только для 67% снимков.

Ссылка на источник.