پزشکی فضایی؛ پیشرفت بزرگی که آینده تشخیص و درمان بیماریها را تغییر خواهد داد.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، علم پزشکی در سالهای اخیر با سرعتی چشمگیر در حال تغییر است. سالها پزشکان برای تشخیص بیماریها به بررسی علائم بالینی، تصاویر پزشکی، آزمایشهای خون و بررسی میکروسکوپی بافتها متکی بودند. اگرچه این روشها توانستهاند جان میلیونها انسان را نجات دهند، اما همواره یک پرسش مهم باقی مانده بود: چرا بیمارانی که ظاهراً بیماری مشابهی دارند، پاسخهای متفاوتی به درمان نشان میدهند؟
پاسخ این پرسش در سالهای اخیر دانشمندان را به سمت دنیای جدیدی به نام پزشکی فضایی (Spatial Medicine) هدایت کرده است. پزشکی فضایی رویکردی نوین است که به جای بررسی ساده سلولها یا ژنها، موقعیت دقیق آنها را درون بافت نیز مطالعه میکند. در این رویکرد تنها مهم نیست که کدام ژن یا پروتئین فعال است، بلکه این موضوع اهمیت پیدا میکند که این مولکولها دقیقاً در کدام نقطه از بافت قرار گرفتهاند و چگونه با سلولهای اطراف خود تعامل دارند.
پزشکی فضایی چیست؟
در روشهای سنتی، هنگام بررسی یک نمونه بافت، اطلاعات سلولها معمولاً به صورت میانگین تحلیل میشود. به عنوان مثال اگر یک تومور سرطانی بررسی شود، پژوهشگران میانگین بیان ژنها یا پروتئینهای موجود در کل تومور را اندازهگیری میکنند.
اما مشکل اینجاست که تومورها ساختار یکنواختی ندارند. حتی در بخشهای مختلف یک تومور کوچک نیز ممکن است سلولها رفتارهای کاملاً متفاوتی داشته باشند. برخی سلولها به سرعت تقسیم شوند، برخی به درمان مقاوم باشند و برخی دیگر توانایی مهاجرت و ایجاد متاستاز پیدا کنند.
پزشکی فضایی این محدودیت را برطرف کرده است. در این روش فناوریهایی مانند Spatial Transcriptomics و Spatial Proteomics به پژوهشگران اجازه میدهند نقشهای دقیق از سلولها و مولکولها درون بافت تهیه کنند.
اگر بخواهیم به زبان ساده توضیح دهیم، روشهای قدیمی مانند مشاهده یک شهر از فاصله دور بودند؛ در حالیکه پزشکی فضایی مانند داشتن نقشهای دقیق از خیابانها، ساختمانها و حتی حرکت افراد درون شهر است.
ترنسکریپتومیکس فضایی؛ دیدن ژنها در مکان واقعی آنها
یکی از فناوریهای مهم پزشکی فضایی، Spatial Transcriptomics است.
این فناوری به دانشمندان امکان میدهد که فعالیت ژنها را همراه با موقعیت مکانی آنها بررسی کنند. در یکی از مطالعات بررسیشده درباره سرطانهای سر و گردن و ضایعات پیشسرطانی دهانی، پژوهشگران نشان دادند که مناطق مختلف تومور دارای فعالیت ژنی متفاوت هستند. آنها دریافتند که ناحیهای موسوم به Leading Edge یا لبه تهاجمی تومور، رفتار بسیار متفاوتی نسبت به مرکز تومور دارد. این ناحیه با رشد بیشتر تومور و پیشآگهی نامناسب ارتباط داشت.
همچنین مشخص شد سلولهایی به نام فیبروبلاستهای مرتبط با سرطان (CAF) در نواحی خاصی از تومور تجمع پیدا میکنند و در گسترش سرطان نقش مهمی دارند. این سلولها میتوانند باعث سرکوب سیستم ایمنی و افزایش مهاجرت سلولهای سرطانی شوند.
پژوهشگران همچنین مشاهده کردند که مسیرهای مولکولی مانند TGF-β و EMT در بیماران پرخطر فعالیت بیشتری دارند. این مسیرها از مهمترین عوامل در پیشرفت سرطان شناخته میشوند.
پروتئومیکس فضایی؛ مرحله بعدی شناخت بیماریها
اگر ترنسکریپتومیکس فضایی فعالیت ژنها را بررسی میکند، پروتئومیکس فضایی یک گام جلوتر میرود و پروتئینهای تولیدشده توسط سلولها را مطالعه میکند.
پروتئینها بخش اجرایی سلول هستند و بیشتر عملکردهای زیستی بدن را کنترل میکنند. بنابراین بررسی آنها اطلاعات ارزشمندی در مورد بیماریها ارائه میدهد.
مطالعه مربوط به Spatial Proteomics in Precision Medicine نشان میدهد که پروتئومیکس فضایی توانسته است اطلاعات مهمی درباره ارتباط سلولهای توموری و سلولهای ایمنی فراهم کند. این فناوری به پزشکان کمک میکند تا نواحی مقاوم به درمان، سلولهای مهاجم و بیومارکرهای جدید را شناسایی کنند.
پژوهشگران معتقدند پروتئومیکس فضایی میتواند یکی از ستونهای اصلی پزشکی دقیق یا Precision Medicine در سالهای آینده باشد. زیرا درمان بیماران بر اساس ویژگیهای اختصاصی مولکولی هر فرد طراحی خواهد شد، نه بر اساس میانگین ویژگیهای یک بیماری.
هوش مصنوعی چگونه وارد پزشکی فضایی شد؟
اگرچه فناوریهای فضایی اطلاعات بسیار ارزشمندی تولید میکنند، اما حجم دادههای حاصل از آنها بسیار زیاد است.
یک نمونه بافت ممکن است شامل میلیونها داده مربوط به ژنها، پروتئینها و تصاویر میکروسکوپی باشد. تحلیل چنین دادههایی به صورت دستی تقریباً غیرممکن است.
اینجاست که هوش مصنوعی وارد میشود.
در یکی از جدیدترین مطالعات، پژوهشگران مدلی به نام HEX طراحی کردند. این مدل هوش مصنوعی قادر است از تصاویر معمول رنگآمیزی بافتی H&E، اطلاعات پروتئینی فضایی را پیشبینی کند. به عبارت دیگر، سیستم تنها با مشاهده یک تصویر پاتولوژی میتواند تشخیص دهد کدام پروتئینها در بخشهای مختلف بافت وجود دارند.
این موضوع اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا انجام آزمایشهای واقعی پروتئومیکس فضایی هزینه بالا و تجهیزات تخصصی نیاز دارد، در حالیکه تصاویر H&E تقریباً در تمام آزمایشگاههای پاتولوژی وجود دارند.
کشف بیومارکرهای جدید با کمک هوش مصنوعی
یکی از مهمترین اهداف پزشکی مدرن، یافتن بیومارکرها است.
بیومارکرها مولکولهایی هستند که میتوانند وجود بیماری، شدت بیماری یا پاسخ به درمان را پیشبینی کنند.
مدلهای جدید هوش مصنوعی توانستهاند تعدادی از مهمترین پروتئینها و مسیرهای زیستی را شناسایی کنند؛ از جمله:
- PD-L1
- CD8
- CD3
- B7-H4
- TGF-β
بررسیهای انجامشده نشان داد که برخی از این مولکولها با پاسخ بیماران به ایمونوتراپی ارتباط دارند. این یافته میتواند به پزشکان کمک کند تا پیش از شروع درمان، مناسبترین دارو را انتخاب کنند.
مهمترین دستاوردهای پزشکی فضایی تاکنون
نتایج حاصل از این مطالعات چند دستاورد مهم را نشان میدهند:
نخست اینکه سرطان دیگر یک توده یکنواخت در نظر گرفته نمیشود، بلکه مجموعهای از نواحی متفاوت با عملکردهای مختلف است.
دوم اینکه دانشمندان اکنون میتوانند سلولهای مسئول گسترش بیماری را با دقت بیشتری شناسایی کنند.
سوم اینکه کشف مسیرهای مولکولی جدید میتواند به طراحی داروهای هدفمند کمک کند.
چهارم اینکه ترکیب هوش مصنوعی و فناوریهای فضایی میتواند تشخیص بیماریها را سریعتر و کمهزینهتر کند.
و در نهایت، امکان طراحی درمانهای شخصیسازیشده برای هر بیمار فراهم میشود.
آینده پزشکی فضایی
به نظر میرسد آینده پزشکی به سمت ادغام چند فناوری حرکت میکند:
- هوش مصنوعی
- پاتولوژی دیجیتال
- ترنسکریپتومیکس فضایی
- پروتئومیکس فضایی
- دادههای چنداُمیکی
- پزشکی شخصیسازیشده
پژوهشگران پیشبینی میکنند که در آینده پزشکان بتوانند تنها با اسکن یک اسلاید پاتولوژی:
- خطر تبدیل یک ضایعه به سرطان را پیشبینی کنند
- احتمال پاسخ به داروها را تعیین کنند
- مقاومت دارویی را تشخیص دهند
- پیشآگهی بیمار را ارزیابی کنند
حتی برخی مطالعات پیشنهاد میکنند که ترکیب Whole Slide Imaging با مدلهای یادگیری عمیق و دادههای فضایی میتواند نقشه مولکولی کاملی از وضعیت بیمار ایجاد کند.
جمعبندی
پزشکی فضایی در حال تبدیل شدن به یکی از مهمترین حوزههای علوم پزشکی است. این فناوری نهتنها میتواند به درک بهتر بیماریها کمک کند، بلکه راه را برای تشخیص زودهنگام، کشف بیومارکرهای جدید و درمانهای دقیق و شخصیسازیشده هموار میکند.
اگر پزشکی سنتی به ما میگفت «چه اتفاقی در بدن رخ داده است»، پزشکی فضایی اکنون پاسخ پرسش مهمتری را ارائه میدهد: این اتفاق دقیقاً در کجا رخ داده و چگونه سلولها با یکدیگر تعامل میکنند؟ این شاید آغاز فصل جدیدی از پزشکی قرن بیستویکم باشد.
پایان مطلب./