هوش مصنوعی و ایجاد ارگان های کوچک انسانی

• توسط : معصومه حیدری
• در : ۱۴۰۰-۰۳-۰۴
• در : دانستنیها

مقدمه

آیا از سلول های بنیادی می توان در جهت درمان استفاده کرد؟ سلول های بنیادی را می توان به شکل چندتوانی و پرتوانی، با قدرت دوباره سازی و باززایشی و این که قادرند به سلول های دیگر تبدیل شوند، تعریف نمود. حال نقش هوش مصنوعی در این راستا چیست؟ در ادامه بیش تر در مورد هوش مصنوعی و ایجاد ارگان های کوچک انسانی صحبت می کنیم.

ایجاد ارگان های کوچک

هوش مصنوعی به سلول ها کمک می کند تا خود را بازیابی کنند.

هوش مصنوعی و ایجاد ارگان های کوچک انسانی

رویکرد جدید می تواند ایجاد ارگان های کوچک را هموار سازد.

دانشمندان آمریكایی با غلبه بر یک مانع اساسی در ایجاد ارگان های كوچكی که سلول ها را بر اساس خلق شكل دلخواه و نه تكیه بر چاپ سه بعدی یا چهارچوب های خارجی برنامه نویسی می کنند، در نظر گرفته اند.

این رویکرد درون به بیرون، که در مقاله ای در مجله Cell Systems شرح داده شده است، می تواند تغییر پارادایمی در چگونگی رشد مینی قلب ها، کلیه ها و مغزها روی نیمکت آزمایشگاه باشد (تکنیکی که برای مطالعه بیماری که ممکن است روزی منجر به پیوند اعضا در شخص شود، استفاده می شود).

این تیم به سرپرستی تاد مکدویت (Todd McDevitt)، مهندس زیست در موسسات گلدستون در ایالات متحده، با مسئله ای پایدار در زمینه روش هایی مطابق با آخرین پیشرفت های علمی تولید مینی ارگان ها از جمله چاپ سه بعدی، هدایت شد.

ساخت یک مینی ارگان یا ارگانوئید از وقتی آغاز می شود که دانشمندان سلول پوستی فرد را گرفته و با استفاده از ترکیب مناسب عوامل، آن را به سلول بنیادین پرتوان القایی (induced pluripotent stem cell) تبدیل می کنند. این سلول IPS یک چک سفید زیست شناسی است که می تواند تقریباً به هر نوع سلولی تبدیل شود.

به طور مثال، می توانید آن را به یک مینی کلیه تبدیل کنید و می توانید بیماری های کلیوی و درمان های آزمایشی را در ظرفی که روی نیمکت آزمایشگاه شما قرار دارد، تکرار کنید. اما این که این مدل چه مقدار می تواند پایدار باشد به سازمان فیزیکی سلول ها بستگی دارد. برای شبیه سازی یک اقدام واقعی کلیه، اغلب چاپ ۳D استفاده می شود.

اما سلول ها، دقیقاً مانند یک نوجوان سرکش، ذهنیت خودشان را دارند و اغلب از موقعیت چاپی خود دور می شوند.

تیم مکدویت قصد داشتند تا صاحب آن ذهن سلولی شوند و لذا دو ژن را که با هم چیزی از یک جوی استیک را تشکیل می داد که نحوه سازماندهی سلول ها را مدیریت می کرد، را کنترل کردند.

هوش مصنوعی و ایجاد ارگان های کوچک انسانی

CDH1 و ROCK1 در حرکات پیچیده ای که منجر به پیکربندی نهایی گروهی از سلول ها می شود، به شدت حضور دارند. این دو بر، چسبندگی و دافعه بین سلول ها، کشش سطحی که باعث می شود آن ها کروی باشند و سرعت کلی جا به جایی آن ها تأثیر می گذارد.

محققان از ابزار ویرایش CRISPR استفاده نمودند تا در مراحل مختلف تکامل سلول ها، این دو ژن را از بین ببرند. هدف آن ها ساختن الگوی چشم گاو (شکلی که در رشد انسان از جمله در اوایل تشکیل جنین رایج است) بوده است.

آن ها جهت شناسایی این الگوی آرمانی، اصلاح دیگری را ایجاد کردند. (باعث می شود سلول ها در زمان خنثی سازی CDH1 و ROCK1، فلورس شوند.)

اما در طی بررسی ها مشکلی پیش آمد. فاکتور در تمام نقاط زمانی بالقوه، که می توان ژن ها را از بین برد، نسبت سلول های مورد هدف، و گروهی از متغیرهای دیگر، و محققان، محاسبه کردند که می بایست تقریباً ۹۰۰۰ آزمون و خطا انجام شود.

لذا آن ها هوش مصنوعی یا  AI را فراخواندند. محققان یک مدل یادگیری ماشین را برای محاسبه الگوی دقیق حذفیات ژنی مورد نیاز برای تحقق فرم رویایی خود، آموزش دادند.

یکی از نویسندگان کتاب Demarcus Briers، از برنامه بیوانفورماتیک دانشگاه بوستون، بیان نموده که یادگیری با کمک ماشین می تواند بر اساس سابقه تماشای قبلی تان پیش بینی کند که چه فیلمی را دوست دارید، همچنین می تواند با تقلید از آن ها، بینشی جدید در مورد سیستم های بیولوژیکی ایجاد کند.

مدل یادگیری ماشینی ما، این امکان را می دهد تا روش های جدیدی را که سلول های بنیادین می توانند خود را سازماندهی کنند، پیش بینی کنیم و دستورالعمل هایی را برای نحوه بازآفرینی این پیش بینی ها در آزمایشگاه تولید نماییم.

این مدل به معنای واقعی کلمه، به الگوی چشم گاو برخورد، که به تیم اجازه می داد تا الگوی متحدالمرکزی از سلول هایی که مورد هدف بودند، را تولید کنند.

مکدویت می گوید: ما نشان داده ایم که چگونه می توانیم از توانایی ذاتی سلول های بنیادی در سازماندهی استفاده کنیم که حاکی از روشی جدیدی در مهندسی بافت ها است، نه یک روش چاپی که در آن سعی می شود تا سلول ها را مجبور به یک پیکربندی خاص کنید.

هوش مصنوعی و ایجاد ارگان های کوچک انسانی

در ادامه مکدویت می افزاید: ما اکنون در مسیر سازماندهی مهندسی چند سلولی که پیشرو مهندسی ارگان ها می باشد، هستیم. وقتی می توانیم ارگان های انسانی را در آزمایشگاه ایجاد کنیم، می توانیم از آن ها برای بررسی جنبه های زیست شناسی و بیماری ها استفاده نماییم.

کلام پایانی

سلول های بنیادی همیشه در جهت درمان مورد توجه بوده و در این راستا آزمایشات و مطالعات فراوانی نیز صورت گرفته است. هم اکنون محققان در تلاشند تا به کمک هوش مصنوعی و مهندسی ارگان ها، ارگان های کوچک را ایجاد نمایند تا در مسائل درمانی از این تکنولوژی استفاده شود.