Как искусственный интеллект помогает врачам лечить рак

Какая мысль первой приходит к вам в голову, когда вы слышите о раке? Скорее всего, она имеет негативный оттенок. Согласно докладу Всемирной организации здравоохранения, раком заболевают 20% мужчин и 17% женщин, при этом смертность равна 12,5% у мужчин и 9% у женщин. Рак — вторая по популярности причина смерти после сердечного приступа, которая ежегодно уносит жизни более 500 тысяч человек.

К счастью, технологии развиваются достаточно быстро, чтобы изменить эту статистику к лучшему. Например, уже можно наблюдать, как искусственный интеллект помогает успешно бороться с гриппом. Но способен ли он справиться с таким серьезным заболеванием, как рак? Многие эксперты считают, что это возможно. Каким же образом ИИ и суперкомпьютеры смогут победить рак? Представляем вашему вниманию несколько наиболее вероятных сценариев.

Разработка лекарств

До появления суперкомпьютеров создание новых лекарств, предназначенных для лечения серьезных заболеваний, требовало огромных инвестиций и много времени. В результате часто возникали ситуации, когда пациенты не успевали получить реальную помощь, которую им могли бы оказать современные технологии. Использование же суперкомпьютеров позволяет исследователям разрабатывать новые лекарства и методы лечения гораздо быстрее и с меньшими затратами.

Например, Чжан Шусин из Онкологического центра им. М. Д. Андерсона с помощью суперкомпьютеров уже просканировал 1500 лекарств для того, чтобы определить, какие из них способны ингибировать TNIK. TNIK — это фермент, ответственный за передачу сигнала в клетках у пациентов с раком толстой кишки. Таким образом, новые технологии позволяют быстро находить нужный препарат для лечения опасных заболеваний.

Иммунотерапия

Иммунотерапия — это метод лечения, позволяющий укрепить естественный защитный механизм организма, чтобы он мог эффективнее бороться с раком. Главная проблема иммунотерапии заключается в том, что этот метод работает не на всех пациентах. После курса иммунотерапии выздоравливает лишь небольшая часть больных раком.

Суперкомпьютеры могут помочь исследователям идентифицировать реакцию опухолей на различные методы лечения, а также то, какие изменения иммунотерапия вызывает в организмах тех или иных пациентов. Сбор как можно большего количества данных позволит ученым лучше понять природу опасных заболеваний и трансформировать эту информацию в ценные клинические знания.

Это означает, что исследователи смогут использовать эти данные для разработки перспективных клинических испытаний и критического анализа генетической информации, связанной с белками иммунной системы.

Хирургия

Одним из самых распространенных методов лечения рака является хирургическое вмешательство, хотя это и не самый безопасный способ. Хирургия связана со множеством осложнений, которые могут возникнуть как во время операции, так и после ее завершения. Например, если врач удаляет лишь небольшую часть опухоли, всегда есть риск рецидива, который может нанести более серьезный вред здоровью пациента.

Ученые из Техасского университета использовали суперкомпьютеры для лазерного лечения раковой опухоли у собаки без какого-либо вмешательства хирурга. Количества имеющихся сегодня данных уже достаточно для того, чтобы исследователи могли полагаться на хирургическое моделирование. Следующая задача ученых — добиться того же результата, но с портативными системами. Все ближе тот день, когда искусственный интеллект будет успешно оперировать реальных пациентов.

Протонная терапия

Другим стандартным методом лечения рака является рентгеновское излучение. Однако постепенно этот способ заменяется новым подходом, известным как протонная терапия. Ученые обстреливают раковые клетки протонами, что позволяет бороться с опухолью без повреждения окружающих тканей.

Чтобы обеспечить абсолютную точность, приборы должны быть идеально откалиброваны. Грамотный подход позволяет свести вероятность ошибки при протонной терапии практически к нулю. Исследователи также используют суперкомпьютеры для изучения других типов рентгеновских лучей, чтобы найти еще более эффективные методы лечения.

Диагностика рака

Определение болезни — это первый шаг к ее лечению. Чем быстрее врачи диагностируют заболевание, тем легче его вылечить. С развитием медицины разрабатываются все более совершенные ДНК-тесты и чувствительные сканеры, позволяющие диагностировать болезни на ранних стадиях их развития. Следующий шаг — использование наносенсоров, которые после попадания в кровоток могут оповещать врачей о раковых клетках.

Проблема любого нового теста заключается в том, что его опасно проверять на пациентах. Поэтому ученые используют суперкомпьютеры для создания симуляций, способных воссоздавать эффект новых тестов на организм человека и проверять их эффективность.

Одно из достижений в области диагностики рака — разработка нового диагностического устройства, называемого нанопорой. Нанопора способна проходить через тонкое отверстие в мембране и секвенировать ДНК непосредственно внутри организма.

Кроме того, когда молекулы ДНК проходят через это устройство, оно может обнаруживать следы раковых опухолей. Другой перспективный проект, над которым ученые работают в данный момент, — создание наноносителей, способных захватывать молекулы ДНК для их дальнейшего анализа.

Геномика

Один человеческий геном содержит 3 миллиарда пар оснований. Это слишком большое число для того, чтобы определить точное место, где произошла мутация. Сделать это вручную практически невозможно. Однако здесь на помощь ученым приходят искусственный интеллект и машинное обучение.

Обе технологии отлично справляются с задачей поиска закономерностей в больших объемах данных. Если использовать их вместе с мощными суперкомпьютерами, то можно проанализировать миллиарды пар оснований всего за несколько минут.

Быстрый анализ может позволить ученым-медикам разрабатывать более эффективные методы лечения, способные полностью уничтожать раковые клетки в организме пациентов. Суперкомпьютеры также помогают определять факторы, влияющие на развитие рака, и изучать то, как каждый отдельный пациент реагирует на те или иные методы лечения.

Индивидуальные методики лечения

Когда речь заходит о лечении рака, один и тот же метод не может быть одинаково эффективным для всех пациентов. Организм каждого человека обладает рядом индивидуальных особенностей и по-разному реагирует на те или иные методики лечения.

В настоящее время среди исследователей наблюдается расхождение во мнениях относительно того, какой же подход к лечению рака является правильным. Одни специалисты используют методы интеллектуального анализа данных, другие же предпочитают полагаться на математические модели.

Томас Янкелов, глава Центра вычислительной онкологии, придерживается второй точки зрения. Если существует модель, способная воспроизводить процесс роста опухолей и их реакцию на разные методы терапии, это становится классической задачей инженерной оптимизации. Чтобы решить эту проблему, нужно лишь найти способ сокращения количества раковых клеток в организме.

Поэтому исследователи сегодня активно ищут инструменты, способные точно предсказывать, насколько эффективным будет то или иное лечение для конкретного пациента. Технологии искусственного интеллекта могут помочь им в этом, быстро выявляя закономерности и делая надежные прогнозы.

Вместо заключения

Большинство приведенных выше сценариев использования ИИ для диагностики и лечения рака уже применяются на практике. Но, к сожалению, до сих пор нельзя сказать, что эта болезнь полностью побеждена — процент летального исхода слишком велик по сей день. Бытует мнение, что лекарство от рака не появляется нарочно.

Те, кто придерживаются этой позиции, полагают, что текущая методика лечения позволяет заработать куда больше денег, чем если появится действительно работающее лекарство. Возможно, такая гипотеза имеет право для существования. Однако мы видим своей задачей иное — рассказать о том, как в будущем и прямо сейчас технологии помогают медикам предпринимать попытки борьбы с одной из главных текущих проблем человечества.