Последние десять лет прецизионная медицина — подход, при котором лечение подбирают индивидуально, учитывая особенности болезни и пациента, — набирает популярность в борьбе с раком. Уникальные характеристики опухоли (их называют фенотипами) помогают врачам выбрать самые эффективные методы терапии.

Такой подход повышает шансы на выживание и улучшает качество жизни больных. Но есть проблема: хотя за последние годы в лечении и тестировании новых препаратов случился прорыв, методы определения фенотипов остаются дорогими и медленными. Сейчас для этого нужны сложные анализы — поиск молекулярных маркеров, специальное окрашивание тканей или расшифровка генома. Из-за этого многие пациенты до сих пор не могут в полной мере воспользоваться преимуществами прецизионной медицины.

Недавно группа ученых из Университета Аризоны предложила более быстрый и дешевый способ определять фенотипы при раке поджелудочной железы. Их исследование, опубликованное в издании Biophotonics Discovery, описывает новый метод: бесконтактная оптическая микроскопия + искусственный интеллект.

Сначала ученые применили пространственную транскриптомику — технологию, которая создает «карту» активности генов в тканях. Это помогает понять, как поведет себя болезнь, и выделить фенотипы. Потом те же образцы изучили с помощью оптической микроскопии без красителей: она фиксирует естественное свечение биомаркеров и реакцию второй гармоники — сигнал, который дает структурный белок коллаген. Полученные изображения совместили с данными транскриптомики.

Пространственная транскриптомика — метод, который показывает, где и какие гены активны в ткани. Представьте карту города, где вместо улиц — участки опухоли, а вместо зданий — гены: технология позволяет увидеть, в каком «районе» какие процессы идут. Это помогает понять, почему одни клетки агрессивны, а другие нет.

Затем обучили нейросеть предсказывать фенотип, опираясь только на снимки микроскопии. Точность составила почти 90% — отличный результат, который доказывает: комбинация ИИ и оптических методов может изменить прецизионную медицину.

Интересно, что классические методы анализа изображений не справились — только ИИ смог выявить связь между оптическими данными и механизмами болезни. Это одно из первых исследований, где генетику и бесконтактную микроскопию объединили так тесно.

Новый метод позволяет определять фенотипы без дорогих тестов — только с помощью света и алгоритмов. Если технологию доработают, прецизионная медицина станет доступнее для тысяч пациентов.

• Главный плюс — снижение стоимости диагностики. Сейчас молекулярные тесты и секвенирование доступны не всем, а оптическая микроскопия дешевле и быстрее. Если метод внедрят в клиники, врачи смогут оперативнее подбирать терапию, особенно в странах с ограниченными ресурсами.
• Второе — ускорение исследований. Ученые получат инструмент для массового анализа опухолей, что поможет находить новые закономерности и разрабатывать лекарства.
• Третье — минимум инвазивности. Для метода нужны лишь образцы тканей, а не повторные биопсии. Это важно для пациентов с агрессивными формами рака.

Исследование проводили только на образцах рака поджелудочной железы — одного из самых сложных в диагностике. Но разные типы опухолей могут давать иные оптические сигналы. Пока неясно, будет ли метод работать так же точно, например, при раке груди или меланоме.

Ранее ученые раскрыли тайну раковых клеток с помощью пяти алгоритмов.