Все новости

Нейросеть привлекли к выращиванию искусственной сетчатки

Алгоритм машинного обучения смог контролировать этот процесс гораздо лучше человека

ТАСС, 6 июля. Ученые создали основанный на нейросети алгоритм, который может следить за формированием тканей внутри искусственной сетчатки и других органов и контролировать этот процесс лучше человека. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале Frontiers in Cellular Neuroscience.

"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.

За последние десять лет ученые неоднократно пытались вырастить из эмбриональных или стволовых клеток искусственные аналоги печени и многих других органов. Первые подобные опыты успешно закончились еще в 2012 году – тогда японские ученые воспроизвели некоторые функции печени мышей, используя стволовые клетки.

Как показали эти эксперименты, главная проблема при выращивании искусственных органов заключалась в том, чтобы заставить их сформировать правильную послойную структуру, которая повторяет структуру настоящих органов. Сейчас ученые добиваются этого с помощью трехмерных 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.

Еще 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 ученых, 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.

Победа нейросети

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

Волков и его коллеги сделали существенный шаг в сторону решения этой задачи, получив фотографии трех 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 ее 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.

"Наш подход не требует сложных изображений, флуоресцентных репортеров или красителей для анализа, его легко внедрить. Это позволяет сделать еще один шаг в сторону создания клеточных терапий для таких заболеваний сетчатки как глаукома и макулярная дистрофия, которые сейчас практически неминуемо приводят к слепоте", – подытожил Евгений Кегелес, сотрудник лаборатории терапии орфанных заболеваний МФТИ.