Астрономические алгоритмы помогают в диагностировании агрессивных раковых опухолей

В замечательном образце междиспиплинной командной работы астрономы оказывают помощь исследователям раковых заболеваний посредством использования компьютеризированных наблюдательных алгоритмов (для фиксирования отдаленных галактик) в деле определения биомаркеров опухолей (на предмет агрессивности).

Команды ученых, представляющие отдел Изучения Раковых Заболеваний (Институт Кембриджа, Англия), Отделение Онкологии и Институт Астрономии (Университет Кембриджа, Англия) описывают то, как они использовали алгоритмы астрономического анализа изображений и протестировали их на 2000 грудных опухолей, в исследовании, опубликованном 19 февраля 2013 года он-лайн в «Британском журнале раковых заболеваний».

Теперешний метод проверки агрессивности опухолей полагается на опытных патологов, которые при помощи микроскопов фиксируют тонкие различия в потускнении зараженных тканей. Компьютеризированный подход способен существенно ускорить этот процесс.

Природное совмещение методов проверки изображений астрономии и лечения раковых заболеваний

Алгоритмы анализа изображений астрономов были созданы с целью автоматического выбора нечетких объектов в ночном небе. В первое время это было достаточно трудоемким занятием, которое выполнялось при помощи мощных телескопов.

Данная технология похожа на методы, используемые в иммуногистохимии (ИГХ), когда патологи при помощи микроскопов стараются разглядеть тонкие отличия в потускнении клеток опухоли с целью распознания протеинов.

Ведущий автор исследования доктор Раза Али, патолог отдела Изучения Раковых Заболеваний (Институт Кембриджа), говорит:

«Мы разработали природное совмещение технологий, используемых астрономами для анализа глубоких небесных изображений самых больших телескопов, и необходимости определения тонких различий в потускнении образцов раковых клеток под микроскопом».

Соавтор исследования Николас Уолтон (Институт Астрономии Кембриджа) говорит:

«Приятно, что наш анализ изображений, первичной целью которого было, например, отслеживание потенциально обитаемых планет за пределами Солнечной системы, сейчас используется для улучшения осмотра раковых больных».

Протестировано на трех биомаркерах рака груди

Для проверки адаптированных алгоритмов исследователи использовали их для определения трех протеинов (ER, BCL2 и HER2), которые известны как биомаркеры агрессивного рака, в образцах более 2000 больных раком груди.

Каждый из образцов прошел два этапа проверки: один с использованием ручного анализа изображений патологами посредством осмотра через микроскоп, другой – с помощью компьютера, оснащенного адаптированными алгоритмами, анализ в котором проводился автоматически.

Когда они сравнили результаты, то оказалось, что точность компьютера не уступала ручной проверке.

«Автоматический подсчет почти полностью соответствовал ручной работе в том, что касается выбора позитивных и негативных категорий (уровень соответствия – 96%)», пишут авторы.

Кроме этого, компьютеризированный расчет проводится намного быстрее.

«Результаты оказались лучше, чем мы ожидали», говорит Али. «При помощи нового автоматизированного подхода, сравнимого с результатами трудоемкой ручной работы, мы достигли этого после простой корректировки формулы».

Следующий шаг

Сейчас исследователи планируют провести еще более объемное международное исследование с использованием образцов более 20000 больных раком груди. Это поможет повысить качество нового аналитического подхода.

Старший автор научной работы Карлос Кальдас, профессор отдела Изучения Раковых Заболеваний Института Кембриджа, говорит:

«Современные технологии дают нам одну из первых возможностей лучше взглянуть на ключевые гены и протеины, имеющие большую важность в прогнозировании успеха или неудачи разных видов раковой терапии. Но, перед тем как эти методики станут частью медицинской практики, их эффективность должна быть проверена на сотнях, а возможно и тысячах образцов».

Кальдас сообщает, что новая методика уже помогает им анализировать до 4000 изображений в сутки.

В январе 2013 года ученые Университета Осло (Норвегия) сообщили о проведении исследования, в ходе которого 3D маммография (томосинтез) использовалась в сочетании с традиционным формированием изображений, что позволило повысить уровень обнаружения агрессивного рака груди на 27%.