Forscher haben ein neues KI-Tool namens DOLPHIN entwickelt, das Krankheiten noch vor dem Auftreten der ersten Symptome erkennen können soll. Ärzte könnten Behandlungen dadurch früher und gezielter einleiten.
Die sogenannte Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) hat die Medizin nachhaltig verändert. Denn dadurch lassen sich die molekularen Zustände jeder einzelnen Zelle im Körper betrachten. Klassische Analysemethoden sind hingegen viel zu einfach gestrickt.
Sie zählen nur die Gene, so als würde man Bücher in einer Bibliothek zählen. Viele Informationen gingen dabei unter. Vor allem wenn es um Krebs oder andere komplexe Krankheiten geht, sind diese jedoch ungemein wichtig. Mit klassischen Analysemethoden ließ sich das sogenannte alternative Spleißen dabei nicht richtig erkennen.
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Dieses Spleißen ist aber enorm wichtig, weil es dafür sorgt, dass ein einzelnes Gen Hunderte verschiedene Proteine bauen kann. Ein neues KI-Tool namens DOLPHIN räumt nun mit den bisherigen Beschränkungen auf.
KI erkennt Krankheiten, bevor sie richtig ausbrechen
Das DOLPHIN-System könnte die Medizin nachhaltig verändern. Denn die Methode nutzt Künstliche Intelligenz, um die Informationen der Zelle nicht mehr als simple Strichliste, sondern als komplexe Grafikstruktur darzustellen. Für jedes Gen wird so eine Art Straßennetz erstellt.
Dieses komplexe Netzwerk wird dann durch einen Variational Graph Autoencoder (VGAE) ausgewertet, der eine superdetaillierte Karte jeder Zelle erstellt. DOLPHIN nicht nur mit den vorhandenen, oft lückenhaften Daten umgehen, sondern sich auch aktiv Hilfe holen.
Das System identifiziert etwa Zellen, die sich ähnlich verhalten, und aggregiert deren Daten, um Signale zu verstärken. Gerade bei modernen Sequenzierungsmethoden, bei denen die Daten oft sehr spärlich sind, kann das ein echter Vorteil sein.
Krebs-Erkennung
Die Ergebnisse erscheinen beeindruckend, denn DOLPHIN ist traditionellen Methoden offenbar haushoch überlegen. Das System ist nicht nur viel besser darin, Zellpopulationen sauber voneinander zu trennen (das ist wichtig, um zum Beispiel seltene Immunzellen zu finden). Die neue Methode findet vor allem auch biologisch relevante Marker, die vorher im Rauschen untergingen.
Das ist besonders für die Krebsforschung vielversprechend. DOLPHIN kann etwa subtile Unterschiede in den Daten von Bauchspeicheldrüsenkrebs-Zellen (PDAC) identifizieren, die für die alten, Gen-zählenden Methoden unsichtbar waren. Diese neuen Marker sind essenziell. Sie liefern nicht nur neue Einblicke in Krankheitsmechanismen, sondern könnten auch zu besseren diagnostischen Markern und neuen therapeutischen Zielen führen.
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