Herramienta de IA pionera visualiza la "red social" de las células para tratar el cáncer

Cada célula del cuerpo humano mantiene una comunicación constante con su entorno y opera dentro de una red más amplia de interacciones. Cada célula posee características específicas que la identifican como parte de su red, como las proteínas expresadas en su superficie. Estas características permiten conectar células similares en función de sus particularidades. Los avances en las tecnologías genómicas unicelulares y espaciales han mejorado considerablemente nuestra comprensión del cuerpo humano, lo que ha dado lugar a la creación de atlas celulares completos que mapean diferentes tejidos y órganos. Estos atlas proporcionan información valiosa sobre los diversos tipos de células, su ubicación y cómo las variaciones genéticas afectan sus interacciones.

Al comprender los mecanismos celulares del cuerpo humano, los investigadores pueden comprender mejor las enfermedades e identificar posibles objetivos para el desarrollo de fármacos. Si bien estos atlas ofrecen información detallada sobre la ubicación de las células y cómo interactúan en sus microambientes específicos, cuantificar e interpretar estos vecindarios celulares, así como comprender las fuerzas impulsoras de sus interacciones sociales, sigue siendo un desafío. Ahora, una innovadora herramienta basada en IA está disponible para interpretar millones de células de tejido humano en tan solo unas horas, ofreciendo nuevos conocimientos y permitiendo a investigadores y médicos explorar enfermedades como el cáncer.

Esta red neuronal basada en IA, pionera en su tipo, creada por investigadores del Instituto Wellcome Sanger (Cambridgeshire, Reino Unido) y sus colaboradores, puede analizar e interpretar rápidamente millones de células de una muestra de paciente, prediciendo cambios moleculares en el tejido. Tiene el potencial de identificar dónde los tratamientos personalizados podrían ser más efectivos para enfermedades como el cáncer. La innovadora herramienta, llamada NicheCompass, se presentó en un artículo publicado en Nature Genetics y utiliza IA generativa para crear una base de datos visual que integra datos genómicos espaciales sobre tipos de células, sus ubicaciones e interacciones. Esto forma parte de la Iniciativa Atlas de Células Humanas, más amplia. NicheCompass es el primer método basado en IA capaz de cuantificar e interpretar una variedad de datos, desde la comunicación entre células hasta la identificación y el análisis de diferentes vecindarios celulares.

NicheCompass opera con un modelo de IA de aprendizaje profundo basado en la comunicación intercelular. Aprende cómo se comunican las células dentro de sus redes y categoriza estas interacciones, agrupando las células en vecindarios dentro de los tejidos según sus características compartidas. Esto permite a NicheCompass interpretar los datos, lo que permite a investigadores y médicos plantear preguntas cruciales y comprender mejor las afecciones médicas. Por ejemplo, NicheCompass se ha utilizado para descubrir cambios en los tejidos de pacientes con cáncer de mama y de pulmón. En última instancia, la herramienta de IA facilitará el desarrollo de planes de tratamiento personalizados, identificando alteraciones moleculares específicas que podrían ser abordadas en terapias contra el cáncer. Los investigadores han demostrado que NicheCompass puede identificar cómo diferentes individuos pueden responder a los tratamientos, en tan solo una hora, utilizando el poder de la IA. En un estudio, se analizaron datos de 10 pacientes con cáncer de pulmón y se revelaron similitudes y diferencias entre ellos.

Estas similitudes mejoran la comprensión general del cáncer y resaltan los cambios transcripcionales que podrían fundamentar el desarrollo de nuevos tratamientos. Por otro lado, las diferencias apuntan a nuevas vías potenciales para terapias personalizadas. A medida que se disponga de más datos de pacientes, los profesionales clínicos podrán introducirlos en NicheCompass y recibir un análisis detallado en una hora, lo que facilitará la toma de decisiones clínicas. El equipo también aplicó NicheCompass al tejido mamario, demostrando su eficacia en diferentes tipos de cáncer. En otro experimento, se utilizó NicheCompass en un atlas espacial del cerebro de un ratón con 8,4 millones de células, identificando con éxito regiones cerebrales y generando un mapa visual de todo el órgano. Esto ilustra el potencial de la herramienta para analizar atlas espaciales de órganos completos, un recurso que investigadores de todo el mundo están desarrollando.

“Disponer de una enorme cantidad de datos sobre el cuerpo humano es crucial para encontrar nuevas maneras de comprender, prevenir y tratar enfermedades”, afirmó Sebastian Birk, primer autor del Instituto de IA para la Salud, Helmholtz de Múnich y el Instituto Wellcome Sanger. “Sin embargo, también necesitamos herramientas que nos permitan acceder a todos los beneficios que esta información podría brindar. NicheCompass supone un avance significativo en este campo, ya que aprovecha el poder de la IA y, al mismo tiempo, ofrece interpretabilidad, lo que permite a investigadores y médicos formular preguntas sobre sus datos y comprender y tratar mejor las enfermedades”.

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Instituto Wellcome Sanger