Umetna inteligenca v biomedicini

V četrtek, 20. decembra, se je v Prešernovi dvorani Slovenske akademije znanosti in umetnosti odvijalo predavanje doktorice Marinke Žitnik z naslovom Od bitov do bolniške sobe: Kako umetna inteligenca spreminja medicino. Dogodek je bil del cikla predavanj alumnov Ameriško-slovenske izobraževalne fundacije ASEF. Ta slovenskim študentom nudi 10-tedenski študijsko-raziskovalni obisk na vrhunskih univerzah po svetu. Marinka Žitnik je bila preko fundacije ASEF v času doktorskega študija na raziskovalnem obisku na Univerzi Stanford v ZDA pri doktorju Juretu Leskovcu, sedaj pa je tam zaposlena kot podoktorska raziskovalka.

V predavanju se je osredotočila na problem polifarmacije, sočasnega jemanja več zdravil hkrati. Vsako zdravilo ima poleg glavnega in koristnega učinka tudi stranske učinke, ki so lahko ugodni ali neugodni. Negativne stranske učinke imenujemo neželeni učinki. Ob jemanju več zdravil hkrati se lahko pojavijo nepričakovane interakcije med zdravili, kar lahko vodi do dodatnih neželenih učinkov.

Neželeni učinki povezani s polifarmacijo so velik zdravstveni problem, saj pacientke in pacienti zelo pogosto jemljejo več zdravil sočasno, predvsem za zdravljenje kompleksnih bolezni, kot je denimo rak, ali za zdravljenje več bolezni hkrati. V ZDA približno polovica ljudi, starejših od 65 let, jemlje pet zdravil hkrati. Nekatere pacientke in pacienti pa jemljejo tudi po 20 zdravil hkrati. Posledica tega je, da naj bi okoli 15 odstotkov prebivalk in prebivalcev ZDA trpelo za neželenimi učinki, povezanimi s polifarmacijo.

Marinka Žitnik je pojasnila, da se je tega problema težko lotiti eksperimentalno, saj je v kliničnih raziskavah nemogoče testirati vse možne kombinacije zdravil, ker jih je preveč. Zato še kako potrebujemo računske modele, vendar tudi modeliranje polifarmacije ni enostavno.

Izjava

Nič pa ne vemo o kombinacijah zdravil, ki jih ljudje še ne jemljejo sočasno, ker še niso bile predpisane oziroma jih jemlje le majhno število ljudi, čeprav bi bile kombinacije smiselne. Doktorica Žitnik zato želi zgraditi model, ki bo omogočal napovedovanje neželenih učinkov zdravil, ki se jemljejo sočasno. V nadaljevanju je pojasnila, kako zgraditi tak model.

Izjava

Na graf lahko dodamo še ostale informacije, ki jih imamo na voljo. Načeloma vemo, kakšen je mehanizem delovanja zdravila ter katere molekule v telesu so tarča zdravila. Te molekule, predvsem so to proteini, na grafu predstavimo kot točke, ki so v teoriji grafov imenovane vozlišča, interakcije med zdravilom in proteini ali medproteinske interakcije pa predstavimo kot povezave med vozlišči. V končni predstavitvi, ki je multimodalni graf, te podatke povežemo še s podatki o neželenih učinkih in ostalimi informacijami, ki jih imamo na voljo. To so lahko denimo informacije o kemijski strukturi molekul ali o metabolnih poteh, v katerih sodelujejo proteini.

Ko zgradimo multimodalni graf, opazimo, da imamo nekaj milijonov povezav in okrog tisoč različnih vrst le-teh. Vrste povezav predstavljajo tisoč različnih vrst stranskih učinkov. Marinka Žitnik je nato razložila, kako lahko to matematično predstavitev uporabimo za napovedovanje stranskih učinkov zdravil.

Izjava

Da bi ocenili, kakšna je napovedna vrednost njihovega modela, so doktorica Žitnik in sodelavci preverili, ali so pacientke in pacienti poročali o neželenih učinkih ob sočasnem jemanju dveh zdravil, ki jih je napovedal model. Pet od desetih po njihovem modelu najzanesljivejših napovedi so lahko potrdili, kar pomeni, da so pacientke in pacienti poročali o takih težavah, kot so jih napovedali. S sodelovanjem z bolnišnicami pa želijo, da bi računski model lahko uporabili kot pripomoček pri razvoju zdravil oziroma kot pripomoček pri predpisovanju kombinacij zdravil.

Marinka Žitnik je predavanje zaključila z dvema mislima o prihodnosti.

Izjava

S predavanja o uporabi umetne inteligence v medicini je poročala Angelika.

Za več infromacij o modeliranju stranskih učinkov polifarmacije lahko preberete znanstveni članek dr. Žitnik in sod.: https://academic.oup.com/bioinformatics/article/34/13/i457/5045770

Več o štipendijskem programu fundacije ASEF in aktualnem razpisu za štipendije za študijski oz. raziskovalna obisk v ZDA in drugih državah pa najdete tukaj: https://www.asef.net/visiting-usa/