3 Fragen: Erstellung von Vorhersagemodellen zur Charakterisierung der Tumorprogression | MIT-Nachrichten

So wie sich Darwinfinken als Reaktion auf die natürliche Selektion entwickelten, um zu überleben, so wirken die Zellen, aus denen ein Krebstumor besteht, in ähnlicher Weise dem Selektionsdruck entgegen, um zu überleben, sich zu entwickeln und auszubreiten. Tatsächlich handelt es sich bei Tumoren um komplexe Zellgruppen mit einer ganz eigenen Struktur und der Fähigkeit zur Veränderung.

Heutzutage bieten künstliche Intelligenz und maschinelle Lernwerkzeuge eine beispiellose Gelegenheit, die verallgemeinerbaren Regeln zu beleuchten, die das Fortschreiten von Tumoren auf genetischer, epigenetischer, metabolischer und mikroumweltlicher Ebene steuern.

Matthew G. JonesAssistenzprofessor im MIT-Abteilung für BiologieDie Koch-Institut für integrative Krebsforschungund die Institut für Medizintechnik und Wissenschafthofft, rechnerische Ansätze nutzen zu können, um Vorhersagemodelle zu erstellen – um eine Schachpartie mit Krebs zu spielen und die Fähigkeit eines Tumors zu verstehen, sich zu entwickeln und einer Behandlung zu widerstehen, mit dem ultimativen Ziel, die Behandlungsergebnisse für die Patienten zu verbessern. Im Interview beschreibt er seine aktuelle Arbeit.

Q: An welchem ​​Aspekt der Tumorprogression arbeiten Sie, um ihn zu erforschen und zu charakterisieren?

A: Eine sehr häufige Geschichte bei Krebs ist, dass Patienten zunächst auf eine Therapie ansprechen und die Behandlung dann irgendwann nicht mehr wirkt. Der Grund dafür liegt vor allem darin, dass Tumore eine unglaubliche und sehr herausfordernde Entwicklungsfähigkeit besitzen: die Fähigkeit, ihre genetische Ausstattung, die Zusammensetzung der Proteinsignale und die Zelldynamik zu verändern. Der Tumor als System entwickelt sich auch auf struktureller Ebene. Der Grund dafür, dass ein Affected person an einem Tumor erkrankt, liegt oft darin, dass sich der Tumor entweder in einen Zustand entwickelt hat, den wir nicht mehr kontrollieren können, oder dass er sich auf unvorhersehbare Weise entwickelt.

In vielerlei Hinsicht kann man sich Krebserkrankungen einerseits als unglaublich fehlreguliert und desorganisiert vorstellen, andererseits als solche, die ihre eigene innere Logik haben, die sich ständig verändert. Die zentrale These meines Labors ist, dass Tumore stereotypen Mustern in Raum und Zeit folgen, und wir hoffen, mithilfe von Laptop- und experimentellen Technologien die molekularen Prozesse zu entschlüsseln, die diesen Transformationen zugrunde liegen.

Wir konzentrieren uns auf eine bestimmte Artwork und Weise, wie sich Tumore durch eine Type der DNA-Amplifikation entwickeln, die als extrachromosomale DNA bezeichnet wird. Aus dem Chromosom herausgeschnitten, sind diese ecDNAs zirkularisiert und existieren als ihr eigener separater Pool von DNA-Partikeln im Zellkern.

Ursprünglich in den 1960er Jahren entdeckt, galt ecDNA als seltenes Ereignis bei Krebs. Als Forscher jedoch in den 2010er Jahren begannen, Subsequent-Technology-Sequenzierung auf große Patientenkohorten anzuwenden, schien es, als ob diese ecDNA-Amplifikationen Tumoren nicht nur die Fähigkeit verliehen, sich schneller an Belastungen und Therapien anzupassen, sondern dass sie auch weitaus häufiger vorkamen als zunächst angenommen.

Wir wissen jetzt, dass diese ecDNA-Amplifikationen bei etwa 25 Prozent der Krebsarten auftreten, und zwar bei den aggressivsten Krebsarten: Gehirn-, Lungen- und Eierstockkrebs. Wir haben herausgefunden, dass ecDNA-Amplifikationen aus verschiedenen Gründen in der Lage sind, das Regelwerk, nach dem sich Tumore entwickeln, auf eine Weise zu ändern, die es ihnen ermöglicht, sich auf sehr überraschende Weise zu einer aggressiveren Krankheit zu entwickeln.

Q: Wie nutzen Sie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, um ecDNA-Amplifikationen und die Tumorentwicklung zu untersuchen?

A: Ich habe den Auftrag, meine Arbeit im Labor umzusetzen, um das Leben der Patienten zu verbessern. Ich möchte mit Patientendaten beginnen, um herauszufinden, wie verschiedene evolutionäre Zwänge Krankheiten und die Mutationen, die wir beobachten, vorantreiben.

Eines der Instrumente, die wir zur Untersuchung der Tumorentwicklung verwenden, sind Technologien zur Rückverfolgung einzelner Zelllinien. Im Großen und Ganzen ermöglichen sie uns die Untersuchung der Abstammungslinien einzelner Zellen. Wenn wir eine bestimmte Zelle untersuchen, wissen wir nicht nur, wie diese Zelle aussieht, sondern können (idealerweise) auch genau bestimmen, wann aggressive Mutationen in der Tumorgeschichte aufgetreten sind. Diese Evolutionsgeschichte gibt uns die Möglichkeit, diese dynamischen Prozesse zu untersuchen, die wir sonst nicht in Echtzeit beobachten könnten, und hilft uns zu verstehen, wie wir diese Evolution möglicherweise abfangen können.

Ich hoffe, dass wir besser darin werden, Patienten zu stratifizieren, die auf bestimmte Medikamente ansprechen, Medikamentenresistenzen zu antizipieren und zu überwinden und neue therapeutische Ziele zu identifizieren.

Q: Was hat Sie daran gereizt, der MIT-Neighborhood beizutreten?

A: Eines der Dinge, die mich wirklich faszinierten, conflict die Integration von Spitzenleistungen sowohl in den Ingenieurwissenschaften als auch in den Biowissenschaften. Am Koch-Institut ist jede Etage so strukturiert, dass diese Schnittstelle zwischen Ingenieuren und Grundlagenwissenschaftlern gefördert wird. Über den Campus hinaus können wir mit allen biomedizinischen Forschungsunternehmen im Großraum Boston in Kontakt treten.

Eine weitere Sache, die mich am MIT fasziniert hat, conflict die Tatsache, dass dort so viel Wert auf Bildung, Ausbildung und Investitionen in den Erfolg der Studierenden gelegt wird. Ich persönlich bin davon überzeugt, dass akademische Forschung sich von industrieller Forschung dadurch unterscheidet, dass akademische Forschung grundsätzlich eine Dienstleistungsaufgabe ist, da wir die nächste Technology von Wissenschaftlern ausbilden.

Es conflict schon immer eine meiner Missionen, Exzellenz sowohl in die Disziplinen der Laptop- als auch der experimentellen Technologie zu bringen. Die Artwork von Auszubildenden, die ich zu rekrutieren hoffe, sind diejenigen, die bereit sind, zusammenzuarbeiten und große Probleme zu lösen, die beide Disziplinen erfordern. Das KI (Koch-Institut) ist speziell auf diese Artwork von Hybridlabor vorbereitet: Mein Trockenlabor befindet sich direkt neben meinem Nasslabor und ist eine Quelle der Zusammenarbeit und Verbindung, und das spiegelt die allgemeine Imaginative and prescient des KI wider.