Vědci pěstují srdeční buňky a učí AI na nich rozpoznat hrozící nemoci

Na prvním záběru, který si lze prohlédnout v úvodní videoreportáži tohoto článku, je srdce, které vědci pěstují v laboratoři. Toto je relativně mladé – má teprve 15 dní. Ale hlavně je zdravé. Na druhém záběru už je srdce staré 28 dní a zdravé není. To, že nefunguje, jak má, zvládne nově detekovat umělá inteligence.

Informace a záběry si můžete poslechnout i prohlédnout v úvodní videoreportáži.

Obě tepající svaloviny mají jen 20 až 30 tisíc buněk a jde o takzvané organoidy, tedy miniaturizované a zjednodušené verze orgánů pěstované ve zkumavkách. V tomto případě je vědci z University of East London (UEL) kultivují z embryonálních kmenových buněk.

Po 28 dnech ale srdce ničí. Právě do té doby jsou totiž podle badatelů dost vyspělá, aby na nich mohli diagnostický software s umělou inteligencí, který má kardiologům pomoci zahájit léčbu včas, trénovat.

Výzkumy se dosud zaměřovaly spíše na ischemické choroby, tedy případy, u kterých se třeba kvůli cholesterolu ucpávají tepny a srdci se pak nedostává kyslík. To je i hlavní příčina infarktů. Londýnští vědci se nyní ale zaměřili přímo na srdeční buňky, hlavně ty stárnoucí, které částečně mohou problémy se srdcem také způsobovat.

„Jedna z nejtěžších věcí na srdci je jeho malá regenerační kapacita. Srdce má obrat, co se týče obnovy buněk, na velice malé úrovni jednoho procenta. A když dosáhneme věku 80 let, výrazně to klesne skoro o půlku. Takže snaha o nalezení cest, jak zachovat srdeční buňky, které ještě nejsou poškozené, je velice důležitá, protože jak se začnou poškozovat, je velice obtížné tento proces zvrátit,“ vysvětluje pro agenturu AP kardiovaskulární vědec a šéf týmu výzkumníků na UEL Prashant Jay Ruchaya.

Tým badatelů z UEL vyvíjí proces využívající umělou inteligenci, který bude schopný v srdci najít stárnoucí buňky, které už se dál nedělí, ale zároveň ani neumírají. Těch se běžně vytvoří takové množství, že poškozují i zdravé buňky okolo, když vypouští škodlivé látky způsobující například zánět. Současně kromě vývoje technologie experimentují s léky, které by měly tyto stárnoucí neboli senescentní buňky eliminovat, než způsobí nenávratné škody.

„Způsob, jak měříme poškození, je sledování toho, co se v srdci uvolňuje. V praxi, když jde pacient do nemocnice a stěžuje si na bolest hrudníku, tak věci, které by lékař běžně udělal, je EKG následované krevním testem. A my se pokoušíme tyto situace napodobovat v laboratoři,“ vysvětluje dál.

„Mnoho farmakologických řešení, která dnes máme, ačkoli jsou fantastická v tom, že nám umožňují žít déle i po selhání srdce a infarktu, tak nakonec přestanou fungovat. Pacienti skončí se srdečním selháním, protože ty léky nezvrátí tyto efekty (stárnutí). Takže pokud dokážeme najít způsoby, jak zvrátit nebo odstranit tyto škodlivé srdeční buňky, tyto kardiomyocyty, doufáme, že dokážeme udržet srdce tak, jak budeme chtít,“ dodává Ruchaya v úvodní videoreportáži tohoto článku.

Podle šéfa týmu vědců v Londýně může srdce, které už nějaká choroba poškodila, selhávat dříve, protože už nezvládne regenerovat dost buněk, aby současně mírnilo i poškození v důsledku senescence. „Senescence je, když buňky zůstávají životaschopné, jsou živé, ale už nefungují tak jako dřív. Takže mají velice odlišný fenotyp od toho, s čím začínaly. A výsledkem je, že ačkoli zůstávají živé, mohou uvolňovat faktory. A tyto faktory mohou ovlivnit sousední buňky,“ říká dál Ruchaya.

Trénovat umělou inteligenci rozpoznávat, jak se přesně srdce stahuje a uvolňuje, a to v minutovém detailu, by podle vědců mohlo pomoci poznat, jestli s touto činností bude mít orgán někdy problém. Stahování neboli kontrakci se říká systola, zatímco uvolnění čili relaxaci zase diastola.

„Způsob, jakým se stahuje, je velice důležitý, protože funkce srdce je pumpovat krev po těle. V laboratoři napodobujeme tento model tak, že sledujeme řadu systolických a dyastolických kontrakcí a měříme jejich rychlost, frekvenci, jak to dělají, a vzorec. A to je poměrně nové. A integrováním těchto údajů do umělé inteligence jsme schopní pozorovat i velice složité změny v tom, jak systola a diastola probíhají. A když máme tyto orgány – tato srdce ve zkumavce –, dokážeme predikovat, která z nich zestárnou zdravě a která onemocní. A to tak, že sledujeme fyziologické změny, kterými buňky srdcí prochází,“ říká expert.

Na dalším pracovišti v University of East London se proto budoucí zdravotní sestry učí, jak srdeční choroby detekovat. A to pomocí softwaru a virtuální reality, ve které je místo pacienta cvičně připojená figurína. Technici jim ukazují, jak program ukazující vnitřek i vnějšek nemocného orgánu ovládat. Jedna zdravotnice třeba věří, že kdyby technologie byla dostupná dříve a lékaři u ní doma v Zimbabwe mohli včas rozpoznat symptomy, její otec by byl stále naživu.

„Je to pro mě velmi dojemné jako pro lektorku vyučující resuscitaci. Můj otec v mojí zemi nemohl dostat automatizovaný externí defibrilátor. To je důvod, proč jsem doma investovala tolik času do učení resuscitace,“ uvádí v reportáži Kelly Thobekie Ncubeová, profesorka na University of East London.

Londýnští vědci doufají, že vyškolené sestry jednou budou moci identifikovat pacienty, kterým by léky testované v současnosti na organoidech mohly oddálit různé potíže.

„V co doufáme potom, je dostat toto k nemocničním lůžkům a zkoumat to po klinické stránce. Takže používat ultrazvuky a magnetickou rezonanci MRI a integrovat tuto AI do jejich snímkování a napodobit, co děláme tady,“ dodává Ruchaya s tím, že využití získaných výsledků má určitě velký potenciál do budoucna.