باحثو مايو يطورون خوارزمية للتنبؤ بنشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي

طوّر باحثون في مركز الطب الفردي التابع لمايو كلينك وقسم أمراض الروماتيزم أول خوارزمية للتعلم الآلي من نوعها يمكنها التنبؤ بنشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي لدى المريض. تحلل الخوارزمية المستقلبات الكيميائية الحيوية – نتاج التمثيل الغذائي في الجسم – في الدم.

يقول جايون سونغ، الحاصل على الدكتوراه، عالم الأحياء الحاسوبية في مركز الطب الفردي، والمؤلف الرئيسي المشارك للدراسة: “إن وجود إجراءات سريعة وموثوقة وقابلة للتطوير للتنبؤ بالمسار السريري لنشاط المرض هو حاجة مهمة غير مُلباة للمرضى المصابين بالتهاب المفاصل الروماتويدي”. ويعمل الدكتور سونغ على تطوير أساليب تحليلية حاسوبية لفهم العلاقة المعقدة بين الكائنات الميكروبية وصحة الأيض والصحة المناعية للإنسان. 

لقد وضعت الدراسة، المنشورة في مجلة أبحاث وعلاج التهاب المفاصل، الأساس لمراقبة تقدّم مرض التهاب المفاصل الروماتويدي والالتهاب المَجموعي باستخدام عينات الدم وحدها. تقدم النتائج تعليمات للتطوير المستقبلي المحتمل للاختبارات المعملية السريرية والتشخيصات الرقمية لتمكين الطب الدقيق لمرضى التهاب المفاصل الروماتويدي.

التهاب المفاصل الروماتويدي هو اضطراب مناعي ذاتي يتميز بالتهاب المفاصل والألم الذي يمكن أن يؤدي في النهاية إلى تآكل العظام والغضاريف، وتشوه المفاصل، وفقدان القدرة على الحركة. يصيب هذا المرض المُعقَّد ما يقرب من 1.3 مليون شخص في الولايات المتحدة.

ويشير الدكتور سونغ إلى أن الدراسة تلقي الضوء على سبب اختلاف الأعراض بشكل كبير بين مرضى التهاب المفاصل الروماتويدي، والذي بدوره يجعل من الصعب علاجها.

ويوضح الدكتور سونغ: “لقد لجأنا إلى الدم لأنه يحتمل أن يوفر كنزًا دفينًا من المؤشرات الحيوية الجديدة لتقييم نشاط المرض، والمجموعات الفرعية السريرية، وعوامل الخطر، ومؤشرات استجابة العلاج التي تكمل الاختبارات المعملية القياسية الحالية”.

ويقول جون ديفيس الثالث، دكتور الطب، طبيب أمراض الروماتيزم السريري في قسم أمراض الروماتيزم في مايو كلينك، والذي لديه اهتمام خاص بالتهاب المفاصل الالتهابي، إن نشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي لدى المريض لا يمكن ملاحظته من خلال الأعراض وحدها. ويضيف إن تقديم تنبؤات قابلة للتفسير يمكن أن يعزز العلاج السريري لالتهاب المفاصل الروماتويدي. الدكتور ديفيس هو مؤلف رئيسي مشارك في الدراسة.

ويتابع الدكتور ديفيس: “تسلط دراستنا الضوء على أهمية دراسة الوظائف البيوكيميائية التي تغيرت خلال ظهور المرض وتقدّمه. تحقيقًا لهذه الغاية، يمكن لمنصات علم الأيض أن تقدم فرصًا فريدة لاكتشاف مؤشرات حيوية جديدة”.

تسخير الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بنشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي

لأغراض هذه الدراسة، أجرى الدكتور سونغ والدكتور ديفيس تحليلًا استقلابيًا باستخدام خوارزمية التعلم الآلي على 128 عينة بلازما مأخوذة من مرضى مصابين بالتهاب المفاصل الروماتويدي. علم الأيض هو دراسة واسعة النطاق للجزيئات الصغيرة – المعروفة باسم المستقلبات – داخل الخلايا، والسوائل الحيوية، والأنسجة. حيث تتأثر مستويات المستقلبات في الدم بعوامل مختلفة، منها: الخصائص الوراثية، والالتهابات، والنظام الغذائي، وحتى الحَيُّوم الدقيق للأمعاء.

وحدّد الباحثون 33 مستقلبًا يقسم المرضى إلى مجموعتين متناقضتين من حيث نشاط المرض. والجدير بالذكر أن عددًا من هذه المستقلبات المحددة شوهدت في دراسات سابقة أن لها تأثيرات مؤيدة للالتهابات أو مضادة للالتهابات في مرض التهاب المفاصل الروماتويدي.

يوضح الدكتور سونغ قائلًا: “وجدنا أن المستقلبات في الدم كانت مختلفة بين المرضى المصابين بارتفاع نشاط المرض والمصابين بانخفاض نشاطه. بشكل أساسي، يعني هذا أنه حسب نشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي لدى المريض – سواء كان في حالة هدوء أو كان على الناحية الأخرى من الطيف، وربما كان المريض يعاني من الكثير من الألم – يكون لديه مواد كيميائية حيوية مختلفة تطفو في دمه. بعضها عبارة عن جزيئات لا تريد الكثير منها في جسمك، وبعضها الآخر من تلك التي تريد الاحتفاظ بها. دفعتنا هذه الملاحظة إلى التساؤل عما إذا كانت مظاهر الدم الكيميائية الحيوية تتنبأ بدرجة نشاط المرض لدى المرضى”.

بعد ذلك، وجد الباحثون 51 مستقلبًا مرتبطًا بشكل كبير بدرجة نشاط المرض 28، أو DAS28-CRP، وهو المؤشر المعياري الذي يقيس نشاط المرض لدى مرضى التهاب المفاصل الروماتويدي. تم تحديد هذه المستقلبات بعد ضبط العمر والجنس وتاريخ الأدوية.

يقول الدكتور ديفيس: “يمكن لعلم الأيض أن يفحص ما يقرب من 1,000 مستقلب، وهو عدد كبير جدًا لا يمكن تتبعه. من خلال تضييق هذه القائمة في لوحة مكونة من 51 مستقلبًا، حصلنا على تنبؤ معقول لدرجة نشاط المرض 28 في كل من مجموعات الاكتشاف والتحقق. دراستنا هي الأولى التي تستفيد من السمات الكيميائية الحيوية من مظهر التمثيل الغذائي للبلازما؛ للتنبؤ بنشاط المرض الكمي”.

الاتحاد كفريق لتعزيز نتائج المرضى

يقول الباحثون إن الدراسة تسلط الضوء على الشراكة الضرورية بين علماء الأحياء الحاسوبية والأطباء لحل المشكلات المعقدة في الطب. ويشددون على أهمية إنشاء أدوات تعتمد على البيانات تكون بمثابة رفيق موثوق للطبيب بدل الاستعانة بتقنية تحل محل حكمه.

يأمل الأطباء سونغ وديفيز أن تكون النتائج التي توصلوا إليها مصدر إلهام لدراسات مستقبلية حول كيفية ارتباط الالتهاب والألم في التهاب المفاصل الروماتويدي بعملية الأيض الفسيولوجية. علاوة على ذلك، يقدم هذا العمل لمحة واعدة في تشخيص نشاط مرض التهاب المفاصل الروماتويدي فقط من خلال الدم، بهدف عام هو إجراء تقييمات دقيقة بشكل أسرع وأرخص وبأسلوب طفيف التوغل.

يقول الدكتور سونغ: “يوفر الدم نافذة كبيرة لفهم المرض، خاصة في الحالات التي لا يسهل فيها الوصول إلى خزعات من الأنسجة الملتهبة. ماذا لو علِمنا كل ما نحتاج إلى معرفته عن المريض من قطرة دم واحدة؟ بعد ذلك، يمكن للطبيب، مع المريض، فحص لوحة المتابعة الرقمية للمريض وتحديد أي مؤشرات أو مناطق إنذار مبكرة يمكن تحسينها من خلال نظام غذائي أو بالأدوية. في مايو، نسير على الطريق الصحيح نحو تطوير الطب الفردي لمرضى التهاب المفاصل الروماتويدي”.

التمويل

تم تقديم الدعم للعمل جزئيًا من قِبل مركز للطب الفردي التابع لمايو كلينك، ومارك إي آند ماري إيه ديفيس لصالح مركز الطب الفردي التابع لمايو كلينك.

###

نبذة عن مايو كلينك

مايو كلينك هي مؤسسة غير ربحية تلتزم بالابتكار في الممارسات السريرية والتعليم والبحث وتوفير التعاطف والخبرة لكل مَن يحتاج إلى الاستشفاء والرد على استفساراته. لمعرفة المزيد من أخبار مايو كلينك، تفضَّل بزيارة شبكة مايو كلينك الإخبارية. للحصول على معلومات حول فيروس كورونا المستجد (كوفيد-19)، بما في ذلك أداة تتبع خريطة فيروس كورونا في مايو كلينك، التي لديها توقعات لمدة 14 يومًا حول توجهات فيروس كورونا المستجد (كوفيد-19)، تفضل بزيارة مركز مايو كلينك لموارد فيروس كورونا المستجد (كوفيد-19).