Дигитален близнак прогнозира и предотвратява преждевременни раждания

Изследователи от Станфордския медицински университет откриват две често срещани лекарства, които при прием по време на бременност могат да предотвратят преждевременно раждане. Откритието им е резултат от разработена от тях техника за скрининг на лекарства за предотвратяване на преждевременното раждане. Техниката се базира на изкуствен интелект и използва подробен атлас на имунната система, изграден от учените така, че да бъде точен на клетъчно ниво. По този начин създават „цифрови близнаци“ на имунните системи на бременните жени за виртуалното тестване на лекарства.

Началото

Проучването се основава на продължили две десетилетия изследвания в Станфордския медицински университет затова как имунната система на майката се променя по време на бременността. Повечето от случаите на преждевременно раждане се предвиждат трудно, защото се случват без никакви предварителни признаци или известни рискови фактори.

Знае се, че имунната система на майката може да играе роля, тъй като краят на бременността се характеризира с провъзпалително (нещо, което насърчава, предизвиква или засилва процеса на възпаление в организма) състояние, което помага раждането да започне. Когато имунната промяна настъпи по-рано, рискът от преждевременно раждане се увеличава.

Ако раждането настъпи три или повече седмици преди термина, крие множество рискове за бебето. В световен мащаб именно преждевременното раждане е водеща причина за смърт при деца под петгодишна възраст. Смъртните случаи са близо един милион на година, а данните показват, че едно на десет деца в света се ражда преждевременно. Две десетилетия учените посвещават както на изследванията, така и на възможностите да намалят риска от преждевременното раждане.

Проучването

Настоящото проучване, публикувано в научното списание Science Advances, показва, че съществува реална възможност рискът от преждевременно раждане да бъде намален.

След като проучват няколко възможни лечения със системата за дигитален близнак, изследователите откриват лекарствена комбинация, която обещава да намали значително риска от преждевременно раждане и която показва толкова голяма потенциал, за да започнат клинично изпитване с реални пациенти.

„Ние сме на прага да постигнем реално въздействие върху лечението на преждевременното раждане, което е глобален здравен проблем и засяга 10% от бременностите по света“, казва ръководителят на изследването проф. Брис Годилиер и напомня, че от десетилетия няма нова фармакологична интервенция за предотвратяване на преждевременното раждане.

Оказва се, че печелившата лекарствена комбинация е аспирин и ланзопразол. По-стари изследвания показват, че ниски дози само от аспирин предотвратяват в умерена степен преждевременното раждане. По време на бременност често се предписва ланзопразол за лечението на киселинен рефлукс.

„В системата на дигиталния близнак комбинацията между тези две лекарства оказа голям ефект върху забавянето на раждането и той беше 15 пъти по-висок от приемането само на аспирин“, обяснява проф. Годилиер.

Дигиталният близнак

Имунните сигнали играят ключова роля в подготовката на тялото на майката да раждане, показват изследванията на Станфордския медицински университет. В началото на бременността имунната система на майката се адаптира, докато в късната бременност настъпват серия от имунни промени, включващи и провъзпалителни сигнали, които помагат на тялото да се подготви за раждане. Когато обаче имунният часовник на бременността работи твърде бързо, а провъзпалителните сигнали са активирани твърде рано, може да се стигне до преждевременно раждане.

Системата, която екипът на проф. Брис Годилиер създава, е наречена SIMCO – симулирано имунно моделиране на клинични резултати. Използва изкуствен интелект и техники за машинно обучение, благодарение на което успява да привлече и събере в модела огромно количество данни за това как се държат всички имунни клетки на тялото по време на бременност.

Първата крачка на изследователите към създаването на модела е да съберат кръвни проби от бременни жени. След това излагат имунните клетки от тези проби на множество различни лекарства.

„Измерихме отговорите от четвърт милиард клетки, обучавайки алгоритъма върху масивен набор от данни за една клетка“, обяснява процеса проф. Гондолиер. Подобна дълбока основа от реални биологични знания представлява ключов елемент за създаването на работещ дигитален близнак, който напълно реалистично имитира биологията на индивида.

Както уточнява д-р Якоб Франц Айнхаус, съавтор на изследването, дигиталният близнак позволява биологичната система да бъде разбрана много добре, тъй като той представлява сложността и връзките в имунната система.

След като изграждат модела на клетъчния отговор, учените интегрират данни от 63 бременности с информация за клиничните резултати на пациентите. Това помага на модела да разбере на кои клинични състояния съответстват определени образци на клетъчно поведение. Целта е да обучат модела да разбира вариабилността между пациентите. Крайният алгоритъм има както способността да предсказва как отделните имунни клетки ще реагират на различни лекарства, така и какво означава това за пациента. При това го прави с малко начални знания за конкретния пациент, например, само получените от кръвна проба.

„Правите прогноза за един индивид въз основа на познанията за милиони единични клетки от десетки пациенти“, обобщава д-р Айнхаус.

Лекарствата, които могат да забавят раждането

Научната работа на екипа потвърждава, че SIMCO прогнозира точно времето до раждане. Като сравняват прогнозите си с това, което се е случило при бременностите на пациентките в техния набор от данни, учените използват системата за цифрови близнаци, за да оценят девет възможни лекарствени режима. Целта е да видят дали те ще ускорят или ще забавят имунния часовник на бременността.

Лекарствата са избрани въз основа на процес на повторно използване на лекарства, да които е известно, че са безопасни, когато се приемат по време на бременност. Разработен е от научна група, която ръководи друг от съавторите на изследването проф. Марина Сирота, специалист по педиатрия от Калифорнийския университет в Сан Франциско.
Изследователите оценяват множество копия на всеки дигитален близнак и сравняват какво би се случило с имунната система при лекувани спрямо нелекувани варианти за всеки индивид с всяко лекарство.

Това, което екипът вижда, е колко силно моделът предсказва, че комбинацията аспирин -ланзопразол ще забави раждането.

„Откритията ни показват, че ацетилсалициловата киселина (аспирин) и ланзопразолът действат синергично и тази синергия може да засили имуномодулиращия им ефект“, пишат авторите в статията в Science Advances.

Проучването установява още, че приемът на фолиева киселина – витамин от група B, който се препоръчва по време на бременност за намаляване на риска от дефекти на гръбначния мозък на плода, може да забави имунологичната прогресия на раждането.

„Даваме фолиева киселина за превенция на спина бифида, но може би без да знаем помагаме на имунната система на майката да се адаптира към бременността. Не знаехме, че има толкова силни имуномодулиращи свойства“, споделя д-р Айнхаус.

Моделът на дигиталния близнак предоставя на учените информация затова кои специфични имунни сигнали се очаква да се променят с всяко от лекарствата. Това ще помогне да бъде разбран точният механизъм на преждевременното раждане.

„Например, при комбинацията аспирин – ланзопразол имунните процеси, които помагат бременността да продължи, се засилват, а тези, които участват в задействането процеса на раждане, се инхибират. Така че всичко има биологичен смисъл. Беше изключително вълнуващо за нас“, признава проф. Годилиер.

Моделът позволява тестването на множество лекарства и лекарствени комбинации преди да бъдат приложени на пациенти и без реалната бременност да бъде поставена в риск.

Изследователите тестват комбинацията аспирин-ланзопразол в животински модел по време на бременност и установяват, че тя забавя началото на раждането.

Клиничните изпитвания

Екипът предоставя цялата информация от проучването и тестването върху животни и получава одобрение от Американската агенция по храните и лекарствата (FDA) да провери действието на комбинацията в клинично изпитване върху хора.

Очаква се фаза II и фаза III на клиничното проучване да приключат през 2030 г. Както посочват авторите: „Този протокол описва рандомизирано, двойносляпо клинично проучване фаза II/III, което оценява ефикасността и безопасността на ежедневно приеманите ниски доци аспирин (81 mg) и ланзопразол (30 mg) при бременни жени с висок риск от преждевременно раждане в сравнение със съществуващите стандартни грижи. Участниците ще бъдат включени между 12-16+6 гестационна стедмица, ще бъдат проследявани по време на раждането и след него.“

В проучването ще бъдат включени 670 доброволци, които ще бъдат разделени на две равни групи – едните ще приемат аспирин и ланзопразол, а другите не.