AI revoluce v medicíně

AI mění výzkum, diagnostiku i léčbu nemocí

Umělá inteligence přináší zásadní změny v biomedicínském výzkumu i praxi. Schopnost AI efektivně zpracovávat obrovské objemy dat již nyní pomáhá urychlovat vývoj nových léčiv, zpřesňovat diagnostiku i predikce nemocí a poskytovat personalizovanou péči pro pacienty.

zdroj obrázku

Vývoj nových léčiv je klíčovou oblastí biomedicínských věd. Díky pokročilým algoritmům AI lze tento proces výrazně urychlit a zefektivnit. AI dokáže například prohledávat obří knihovny existujících chemických sloučenin (řádově miliony molekul) a rychle identifikovat ty s žádoucími účinky, které by se mohly stát novými léčivy. Celkový čas potřebný k vývoji nových léků a jejich zavedení do klinické praxe se tak může zkrátit na pouhé měsíce. Společnost InSilico Medicine využila tuto metodu při vývoji léčby idiopatické plicní fibrózy. Ze stovek tisíc molekul dokázala jejich AI v krátké době vybrat několik slibných kandidátů, z nichž jeden byl obratem schválen americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA).

Dalším příkladem je využití AI při navrhování zcela nových chemických sloučenin na základě požadovaných parametrů. Algoritmy dokáží předpovědět jejich strukturu tak, aby se co nejlépe vázaly na aktivní místa cílových proteinů a enzymů. Tím odpadá potřeba syntetizovat velké množství molekul a testovat je jednu po druhé. AI rovněž pomáhá s optimalizací navržených molekul, aby co nejlépe splňovaly požadované léčebné účinky a zároveň byly dostatečně bezpečné, predikuje například i jejich chování v lidském organismu nebo afinitu k cílovým proteinům. Jeden z hlavních průkopníků v této oblasti, společnost Schrödinger, používá kombinaci fyzikálních simulací s neuronovými sítěmi k návrhu nových sloučenin s léčebnými účinky. Ty pak mohou farmaceutické firmy rovnou testovat v klinických studiích, bez nutnosti zdlouhavých pre-klinických experimentů. BenevolentAI je další ze společností, které využívají AI k vývoji léků. Tato společnost se zaměřuje na identifikaci nových terapeutických cílů stávajících, běžně využívaných léků. Již v roce 2020 díky AI identifikovali potenciální lék na COVID-19, který byl původně vyvinut pro jiné účely.

Personalizovaná medicína je založena na přizpůsobení léčby konkrétnímu pacientovi na základě jeho jedinečných genetických a fyziologických charakteristik. Právě zde umí AI výrazně pomoci. Algoritmy zvládnou analyzovat obrovské množství genetických, proteomických a dalších dat konkrétního pacienta. Na jejich základě pak identifikují individuální biomarkery či mutace související s konkrétní nemocí nebo léčbou. Například společnost Deep Genomics se specializuje na vývoj terapií pro vzácná genetická onemocnění. Jejich AI dokáže během dvou hodin projít genetické informace od stovek tisíc pacientů a najít potenciální cíle pro léčbu. Společnost Foundation Medicine provádí detailní genetickou analýzu nádorů pacientů s rakovinou. Získaná genomická data pak algoritmy zpracují a identifikují konkrétní mutace, na které se dá léčba zacílit.

Kromě výběru terapie má AI velký potenciál v oblasti prediktivní analýzy a diagnostiky nemocí. Její schopnost odhalovat v datech skryté vzorce umožňuje lépe předvídat průběh chorob i účinnost léčby a zároveň pomáhá s jejich včasnou a přesnou detekcí. AI dokáže na základě různých dat o pacientovi – genetických, klinických, obrazových aj. – předpovídat například riziko propuknutí určité nemoci či pravděpodobnou reakci na konkrétní léčbu.  Společnost Paige.AI vyvinula platformu, která z lékařských snímků, vzorků tkání a genomických dat předpovídá další průběh rakoviny u onkologických pacientů. To umožňuje lékařům lépe plánovat terapii a včas zasáhnout. Stejné přístupy se dají využít i při diagnostice nemocí. Algoritmy AI dokáží v datech najít takové abnormality a vzorce, které by lidským expertům unikly, ale mohou signalizovat konkrétní onemocnění. Například společnost Babylon Health vyvinula aplikaci, jež kombinuje informace o příznacích s anamnézou pacienta a dokáže tak s vysokou přesností stanovit diagnózu u řady chorob.

Ať už jde o predikci průběhu nemoci, nebo přímo o její rozpoznání, schopnost AI zpracovávat obrovské soubory heterogenních dat jí dává velkou výhodu oproti lidským expertům. Může tak zlepšit přesnost a rychlost diagnostiky a zachraňovat životy včasnou intervencí.

Umělá inteligence začíná hrát klíčovou roli v klinických studiích a při optimalizaci dávkování léků. S pomocí AI mohou výzkumníci a lékaři rychleji a efektivněji identifikovat vhodné pacienty pro klinické studie (využívá např. společnost Pfizer). Společnost AiCure využívá AI k monitorování a optimalizaci dávkování léků pacientům. Jejich platforma využívá strojové učení k analýze chování pacientů a jejich reakce na léčbu. Tato technologie může pomoci zpřesnit dávkování, zvýšit bezpečnost a zlepšit výsledky léčby. AI také hraje roli v analýze a interpretaci dat z klinických studií. Společnosti jako je TriNetX využívají AI k analýze dat z klinických studií a k identifikaci trendů a vzorců, které by mohly pomoci při vývoji nových léků a terapií.

Umělá inteligence představuje revoluci v oblasti genomiky.  Jednou z klíčových aplikací je analýza sekvencí DNA a identifikace mutací či variant, které souvisejí s určitými onemocněními. Algoritmy dokáží procházet a analyzovat genetická data od tisíců nemocných i zdravých osob a najít rozdíly, které mohou představovat tzv. genetické markery chorob. Další potenciál AI spočívá ve schopnosti odhalování komplexních genetických “signatur”, kdy je nemoc dána kombinací velkého množství genetických abnormalit. Takovéto komplexní signatury běžně lidským expertům unikaly, AI však dokáže spolehlivě propojit genetickou variabilitu s projevy nemoci. AI rovněž pomáhá analyzovat funkci genů a predikovat dopady mutací na organismus. Společnosti Illumina a AstraZeneca se nedávno zavázaly ke vzájemné spolupráci v této oblasti.

Vývoj lékařských přístrojů je další z mnoha oblastí, kde AI přináší významný pokrok. Může pomáhat při návrhu a testování nových přístrojů, což může zlepšit jejich výkon a bezpečnost a zkrátit dobu, kterou trvá jejich uvedení na trh.
Centrum pro inovace přístrojů společnosti Johnson & Johnson je jednou z organizací, které využívají AI k simulaci a testování nových designů lékařských přístrojů. Společnosti jako GE Healthcare využívají AI k pokročilému monitorování stavu pacientů, ale i lékařských přístrojů a k předpovídání potřeby údržby. Tímto způsobem může AI pomoci předcházet výpadkům přístrojů a zajistit jejich bezpečnost.

AI Chatboti a virtuální asistenti se stávají stále důležitějšími nástroji v oblasti zdravotní péče. Tyto technologie umožňují pacientům získat rychlé a přesné informace o jejich zdravotním stavu, léčbě a dalších zdravotnických otázkách. Společnost OpenDialog je jedním z předních hráčů v oblasti využití AI pro chatboty a virtuální asistenty ve zdravotnictví. Jejich platforma využívá AI k poskytování personalizovaných odpovědí na dotazy pacientů, týkající se jejich zdravotního stavu. Zmíněné technologie zlepšují nejen přístup k informacím a podpoře pro pacienty, ale také mohou pomoci zdravotnickým profesionálům. Chatboti a virtuální asistenti mohou automatizovat rutinní úkoly, jako je sběr informací o pacientech, odpovědi na časté otázky a sledování stavu pacientů. Tímto způsobem může AI zlepšit efektivitu zdravotnických služeb a umožnit zdravotnickým pracovníkům soustředit se na složitější a náročnější úkoly.

Ve světle současných trendů je jasné, že lze do budoucna očekávat ještě hlubší integraci umělé inteligence v celé škále medicínských a vědeckých disciplín, která může výrazně přispět k zlepšení kvality i prodloužení délky života pacientů po celém světě.

֍֍֍

zdroj obrázku

Text byl inspirován článkem: Top 20 ways Artificial Intelligence is advancing life sciences – přečtěte si originál zde

Další čtení k tématu:

Umělá inteligence zvyšuje úspěšnost umělého oplodnění (NY Post)

AI dokáže detekovat časné příznaky rakoviny plic dříve než lékaři (NBC News)

AI pomohla objevit nová antibiotika pro léčbu rezistentních bakterií (The Guardian)

AI implantát do mozku vrací cit ochrnutým pacientům (Pop Science)

Personalizovaná medicína podporovaná umělou inteligencí by mohla zásadně změnit zdravotnictví (The Guardian)

Jak mohou umělá inteligence a ChatGPT změnit medicínu (NY times)

Knihovna odborných publikací