التوأم الرقمي يسهم في اختيار العلاج الأنسب لكل مريض مصاب بسرطان الدماغ

طور الباحثون في جامعة ميشيغان تقنية التوأم الرقمي لرسم خرائط الأورام في الوقت الفعلي لدى مرضى سرطان الدماغ، وهي تقنية جديدة قائمة على التعلّم الآلي تسمح بفهم استجابات الورم لعلاجات محددة واكتشاف استراتيجيات علاج أكثر فاعلية ضد حالات الورم الدبقي الفردية.

التوأم الرقمي: كيف يعمل وما قيمته

تعتمد فكرة التوأم الرقمي على دمج بيانات المريض المتاحة من مصادر محدودة لتكوين نموذج يحاكي biology الورم من حيث الكيمياء والفيزياء الأساسية، وذلك لمساعدة الجراحين والباحثين في استكشاف نمط استقلاب الورم أثناء العلاج. يجمع الفريق بيانات المريض من سحب عينات الدم وقياسات أيضية لأنسجة الورم إضافةً إلى الملف الجيني للورم، ثم يحسب سرعة استهلاك الخلايا السرطانية للعناصر الغذائية وتدفقها الأيضي.

بناء الفريق نموذج تعلم عميق يسمى الشبكة العصبية الالتفافية، وتدرب على بيانات مريضة اصطناعية مولَّدة بناءً على معلومات بيولوجية وكيميائية معروفة، ومقيدة بقياسات من ثمانية مرضى دبقيين خضعوا لعملية جراحية وتم حقنهم بجلوكوز موسَم أثناء الجراحة من أجل قياس الاستجابات الأيضية مباشرةً.

عند اختبار النموذج الحاسوبي بمقارنته مع بيانات ستة مرضى حقيقيين، أظهرت النتائج أن التوأم الرقمي قادر بدرجة عالية من الدقة على التنبؤ بالنشاط الأيضي للورم الدماغي، وهو ما دُعِم أيضًا بتجارب على الفئران حيث أبطأ نمو الورم في الفئران التي حددها التوأم الرقمي كمرشحين مناسبين للعلاج الغذائي المقيد للأحماض الأمينية.

دلالات النتائج وتطبيقاتها المحتملة

تشير هذه الدراسة، المنشورة في مجلة سيل ميتابوليزم، إلى أن تقييد بعض الأحماض الأمينية في النظام الغذائي للمريض يمكن أن يبطئ نمو بعض الأورام الدبقية، في حين أن بعض الأورام تستطيع إنتاج هذه الأحماض بذاتها فتستمر في النمو، لذا تحتاج إلى طريقة دقيقة لتحديد المرضى الذين سيستفيدون من القيود الغذائية. يساعد التوأم الرقمي في رسم خريطة نشاط الورم الأيضي لتحديد ما إذا كان دواء يعوق إنتاج لبنة أساسية لتكرار وإصلاح الحمض النووي ستكون فاعلة أم لا، خاصة حين تتمكن خلايا الورم من الحصول على هذه المادة من بيئاتها المختلفة.

ولتجاوز صعوبات رسم خريطة استقلاب الورم داخل الدماغ، طور فريق ميشيغان توأمًا رقميًا يحاكي استجابات الورم لكل علاج محتمل، معتمداً على بيانات المرضى المتاحة من سحب الدم وقياسات أيضية وأنسجة الورم وملفاته الجينية، ثم يحسب التدفق الأيضي للخلايا السرطانية. وكان تمويل العمل في جزء منه من المعاهد الوطنية للصحة، وبشكل خاص المعهد الوطني للسرطان، ما أكد أهمية هذه الرؤية في توجيه العلاجات الدوائية والغذائية وفقاً لخصوصية كل ورم ورؤية استجاباتها المحتملة.