Обнаружение признаков этой изнурительной болезни с помощью ИИ до того, как кости начнут ломаться

Мелисса Формоза — эксперт по остеопорозу в Мальтийском университете в Мсиде. Она делится своей историей AlphaFold.

В настоящее время медицина слишком зависит от методов рентгенографии для диагностики остеопороза. Это изнурительное заболевание, которое развивается медленно в течение нескольких лет, ослабляя кости и делая их опасно хрупкими. Такие диагностические рентгенографические инструменты имеют свои ограничения: остеопороз выявляют только в том случае, если он уже развился. Это означает, что уже слишком поздно правильно его контролировать.

Люди склонны думать, что кости неизменны, но это заблуждение. На самом деле это высокоактивные органы, состоящие из соединительной ткани, усиленной кальцием и уникальными костными клетками, большинство из которых также содержат костный мозг, в котором образуются клетки крови. Костная ткань постоянно пополняется на протяжении всей нашей жизни: эти специализированные клетки поглощают старую ткань и образуют новую. Эти процессы работают рука об руку, чтобы поддерживать здоровый и сильный скелет.

Сложная природа костей означает, что существует множество различных механизмов развития остеопороза. Травмы, вызванные остеопорозом, могут быть очень болезненными и часто изнурительными, а в некоторых случаях даже требовать постоянного стационарного лечения, например, если кто-то сломает спину.

Болезнь в подавляющем большинстве поражает пожилых женщин: у одной из трех женщин старше 50 лет диагностирован остеопороз, тогда как каждый пятый мужчина того же возраста страдает остеопорозом. Исследования того, как и почему болезнь развивается у одних людей, но не у других, часто игнорируются научными исследованиями, но становится все более очевидным, что остеопороз имеет значительный генетический компонент.

Возьмем, к примеру, ген WNT1, который активен в остеобластах — клетках, создающих кость. Мутации в этом гене нарушают процесс построения костей, а это означает, что люди с этой генетической мутацией имеют хрупкие кости и страдают от раннего остеопороза. Подобные результаты важны для демонстрации того, что остеопороз не является и больше не может рассматриваться как болезнь, поражающая исключительно пожилых людей.

Тем не менее, перелом по-прежнему часто является первым признаком наличия остеопороза. Что нам нужно, так это найти биомаркеры – анализ крови или идентифицированный ген или белок, который мы можем найти у тех, кто предрасположен или имеет высокий риск развития остеопороза. Нам нужно помочь людям начать борьбу с болезнью еще до ее начала.

Чтобы помочь нам в этом, мы использовали AlphaFold, пытаясь более полно понять генетические причины. Мы быстро поняли, что это могло бы произвести революцию в лечении, если бы мы использовали его для разработки персонализированной медицины. В этом случае модель способна обеспечить индивидуальные стратегии профилактики и лечения для определенных групп людей.

Затем геном человека, страдающего этим заболеванием, может быть секвенирован. Этот генетический анализ даст нам лучшее представление о том, подвержен ли этому человеку риск перелома в ближайшем будущем, и, что особенно важно, позволит принять профилактические меры. Это также может помочь нам понять прогрессирование заболевания и дать пациентам больше контроля над принятием решения о том, какое вмешательство лучше для них. В конечном счете, цель состоит в том, чтобы лечить остеопороз на самой ранней стадии и предотвращать прогрессирование, переломы, а также боль и истощение, которые они приносят.

Когда мы вводим аминокислотную последовательность в программу AlphaFold, она создает трехмерное изображение структуры белка и позволяет нам сравнивать структуры белка, кодируемые как нормальными, так и дефектными генами. С помощью AlphaFold мы можем визуализировать влияние конкретных генетических мутаций, некоторые из которых могут вызывать лишь незначительные структурные изменения. Другие вызывают значительные деформации белка, снижая его способность функционировать должным образом и способствуя развитию заболеваний.

В конечном счете, мы стремимся разработать простые анализы крови для молодых людей, которые помогут предсказать болезнь, а также найти новые гены и белки, связанные с болезнью, чтобы мы могли разработать более эффективные лекарства для ее лечения. Раннее выявление и внедрение персонализированной медицины могут означать, что остеопороз можно будет лечить гораздо эффективнее. Жизнь миллионов людей могла бы быть значительно улучшена.

Этот вид ИИ становится центральным в нашей работе и будет иметь решающее значение для будущих исследователей в этой области. У нас наконец-то появился шанс быть на шаг впереди этой изнурительной болезни – это бесценно.