Искусственный интеллект уже внедрен в нашу повседневную жизнь, будь то на телефоне, компьютере или в любимом приложении для социальных сетей. Искусственный интеллект может на неопределенное время изменить к лучшему способ обнаружения и лечения рака. По мере того, как искусственный интеллект становится все быстрее и эффективнее, его можно использовать для решения широкого круга сложных мировых проблем.

Рак: обзор

Раком называется совокупность связанных заболеваний, при которых клетки постоянно делятся и распространяются на окружающие ткани, но это всего лишь техническое определение. Рак широко известен как одна из самых смертоносных болезней, и не зря. Недавнее исследование CDC показывает, что рак является второй ведущей причиной смерти только в Америке, и это подтверждают колоссальные 598 038 смертей в год. Итак, как начинается рак? Человеческое тело состоит из 15–17 триллионов клеток в любой момент, и каждая из этих клеток выполняет определенные функции по поддержанию здоровья и безопасности тела. Эти клетки обладают способностью воспроизводить и делать копии самих себя, и это одна из самых полезных функций клеток. Клетки также обладают способностью убивать себя, это называется апоптозом. Это когда ДНК, которая контролирует клетки, сообщает им, что они слишком много делятся и воспроизводятся. Чтобы понять, насколько на самом деле мощно размножение клеток, давайте подумаем об этом так. Продолжительность жизни эритроцитов составляет около 4 месяцев, клеток кожи - 2–3 недели, а клеток толстой кишки - всего 4 дня. В возрасте 50 лет каждый человек пройдет не менее 4600 поколений клеток толстой кишки.

На изображении выше показана разница между нормальной здоровой клеткой и злокачественной опасной клеткой.

Проблема, кажется, возникает, когда происходят генные мутации. Рак - это генетическое заболевание, а гены и ДНК - это то, что контролирует клетки, которые могут излечивать поврежденные нуклеотидные остатки, образовавшиеся под воздействием канцерогенов и цитотоксических соединений. Генные мутации могут быть вызваны множеством различных факторов. Генетические изменения, вызывающие рак, могут передаваться по наследству от членов нашей семьи. Эти генетические изменения также могут быть вызваны рядом канцерогенов окружающей среды. Вот что действительно пугает в этой болезни, она может случиться с кем угодно и где угодно на теле человека. В недавнем всемирном исследовании показано, что 40% пациентов с диагнозом рака были затронуты канцерогенами окружающей среды, а 60% были вызваны наследственными мутациями в ДНК.

Распространенные наследственные / унаследованные мутации в ДНК

Ниже приведены несколько наиболее распространенных синдромов, которые являются чисто наследственными и унаследованы семейной генетикой.

  1. Наследственный синдром рака груди и яичников

Наследственный рак яичников обычно вызывается генетической мутацией в генах BRCA1 или BRCA2. Риск рака груди и яичников становится чрезвычайно высоким у женщин с мутациями в любом из генов, но, как правило, выше при мутациях BRCA1. Наряду с раком груди и яичников этот синдром также может привести к раку маточной трубы и первичному раку брюшины.

2. Синдром Линча.

Синдром Линча может быть вызван мутацией генов MMR, некоторые из них включают MLH1, MSH2, MSH6, PMS1 и PMS2. Гены используются для нормального восстановления ДНК, но при мутации могут вызывать множество медицинских проблем, обычно заканчивающихся раком. Синдром Линча может вызывать множество видов рака в таких областях, как желудок, эндометрий, тонкий кишечник, поджелудочная железа, яичники, почки, мозг и матка.

3. Синдром Ли-Фраумени.

Синдром Ли-Фраумени чаще всего вызывается наследственными мутациями в гене TP53, который известен как ген-супрессор опухоли. Пациенты с синдромом Ле-Фраумени часто могут заболеть раком более одного раза. Синдром Ли-Фраумени - это редкий наследственный синдром, который может привести к развитию множества видов рака, таких как остеосаркома, лейкемия, кора головного мозга и груди. Эти виды рака часто развиваются, когда люди относительно молоды, и это одна из самых страшных черт этого заболевания.

Вредные канцерогены в окружающей среде

  1. Курение

Яды, содержащиеся в табачном дыме, способны повреждать или изменять ДНК клетки. Эта ДНК обычно контролирует обычную функцию и рост клетки, но когда ДНК повреждена, клетка может начать неконтролируемый рост, пока не образуется опасная опухоль.

2. УФ-лучи

Воздействие ультрафиолета A и ультрафиолета B повреждает ДНК в клетках кожи, что приводит к генетическим дефектам, которые могут привести к раку кожи или повысить риск его возникновения. Ультрафиолетовое освещение также может повредить кожу снаружи, вызывая множество проблем с кожей, кроме рака.

3. Радиация

Рентгеновские лучи, альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи, нейтроны и другие мощные источники энергии могут существенно повредить ДНК и привести к мутации гена. В зависимости от типа излучения оно может оказывать огромное влияние на ДНК, которая контролирует клетку, обычно отрицательно.

4. Употребление психоактивных веществ

Злоупотребление алкоголем составляет большую часть случаев рака, включая употребление психоактивных веществ. Когда алкоголь принимается, организм расщепляет его на химическое вещество, которое научно определено как ацетальдегид . Ацетальдегид повреждает ДНК и может вызвать генетический дефект в геноме восстановления ДНК. Когда эта ДНК повреждена, клетка начинает бесконтрольно расти и может развиться раковая опухоль.

Злоупотребление наркотиками, особенно препаратами для саморазвития, также способствует значительной части случаев рака, которые возникают в результате употребления психоактивных веществ. Хорошо известно, что злоупотребление анаболическими стероидами вместе с каннабисом может привести к ряду различных типов рака, включая рак печени. Это связано с тем, что печень отвечает за очистку и переработку стероидов в организме. Другие типы рака, которые могут возникнуть в результате употребления наркотиков, включают рак почек, рак простаты и рак поджелудочной железы.

5. Химическое воздействие

Токсичные химические вещества, такие как асбест, могут вызвать реакцию в ДНК, которая отвечает за контроль количества репликации и роста клеток. Эта реакция может вызвать сбой в работе гена-супрессора опухоли, что обычно заканчивается множеством сопутствующих заболеваний, таких как рак.

Эти типы изменений ДНК, которые происходят из-за канцерогенов окружающей среды и наследственных синдромов, могут быть чрезвычайно вредными, поскольку они могут превращать гены, участвующие в нормальном росте клеток, в онкогены. Это способствует чрезмерному росту раковых клеток.

Три основных генетических изменения, вызывающих рак:

  1. Протоонкогены

Протоонкоген - это нормальный ген, который в случае мутации становится онкогеном, способствующим развитию рака. Протоонкогены выполняют множество различных функций в клетке, некоторые протоонкогены обеспечивают сигналы, которые приводят к делению клетки. Другие протоонкогены регулируют запрограммированный апоптоз, когда это необходимо. Вот почему поражение гена может привести к нездоровому росту клеток.

2. Гены-супрессоры опухолей

Гены-супрессоры опухолей - это обычные гены, которые обладают способностью замедлять деление клеток и исправлять ошибки ДНК. Когда гены-супрессоры опухолей не работают, клетки могут выйти из-под контроля, что может привести к раку.

3. Гены репарации ДНК

Ген репарации ДНК - это ген, который отвечает за контроль одного из ключевых ферментов, участвующих в репарации ДНК. ДНК в генах постоянно, чтобы поддерживать здоровье тела. Мутация в гене репарации ДНК, таком как Med1, может нарушить процесс репарации и вызвать серию неисправленных мутаций в геноме, которые приводят к раку.

Изменения этих трех основных генов могут привести к образованию раковых клеток, которые бесконтрольно растут и делятся, что приводит к фатальным проблемам с телом.

Почему рак так смертельно опасен?

Для простого объяснения Американское онкологическое общество заявляет, что:

«Рак убивает, вторгаясь в ключевые органы (например, кишечник, легкие, мозг, печень и почки) и нарушая функции организма, необходимые для жизни. Невылеченный рак обычно приводит к смерти ».

Ключевые органы, которые позволяют организму функционировать должным образом, поражены раковыми клетками и опухолями. Есть два основных типа опухолей, которые возникают во время рака: злокачественные опухоли и доброкачественные опухоли. Злокачественные опухоли распространяются на другие части тела, питаясь другими важными органами, жизненно важными для выживания человека. После удаления злокачественные опухоли могут снова расти, что может быть фатальным для организма. С другой стороны, доброкачественные опухоли обычно не растут и обычно приводят к летальному исходу только тогда, когда возникают в головном мозге.

В конце концов, больного раком убивают так называемые метастазы. Это когда клетки, существующие в опухоли, попадают в кровоток или лимфатическую систему. Это распространяется по всему телу, когда это происходит, опухоль считается злокачественной. Раковые клетки начинают бесконечно воспроизводиться из-за мутировавшей ДНК, которая контролирует клетки. Клетки в конечном итоге вторгаются в другие ткани тела, что приводит к поражению жизненно важных органов человека. Например, в сердце или головном мозге большая опухоль может помешать нормальному функционированию органа и может быть чрезвычайно смертельной.

Итак, в чем проблема?

Многие поднимают вопрос о том, почему рак нельзя вылечить, и что такое ограбление на самом деле. Рак существует примерно с 3000 г. до н. Э. согласно исследованиям Американского онкологического общества, и к настоящему времени уже разработан ряд методов лечения.

Существующие методы лечения рака включают

  • Хирургия, хирургия рака пытается удалить как можно большую часть рака, существующего в организме человека.
  • Химиотерапия, химиотерапия использует лекарства, чтобы убить раковые клетки.
  • Лучевая терапия, лучевая терапия использует определенное количество излучения, которое должно убивать оставшиеся раковые клетки, которые нельзя удалить с помощью операции или химиотерапии.
  • Пересадка костного мозга, трансплантация костного мозга использует здоровые кроветворные стволовые клетки и используется для замены поврежденного или больного костного мозга.

Хотя эти методы лечения иногда бывают эффективными, с ними возникает много проблем, которые делают их менее эффективными.

Ниже перечислены основные проблемы, с которыми сталкиваются ученые, пытаясь разработать лекарство от рака.

Многие опухоли содержат более одного типа рака

При почечно-клеточном раке, раке яичников, раке груди, хроническом лимфолейкозе опухоли содержат более одного типа рака. Таким образом, даже если один тип клеток в опухоли реагирует на лечение, другие типы могут продолжать расти и питаться другими органами. Проблема в том, что даже если 99% клеток отреагируют, опухоль все равно вырастет из 1%, которые не ответили.

Раковые клетки постоянно меняются и отказываются умирать

Во многих случаях лекарство сначала работает хорошо, но затем, если рак возвращается или распространяется в разные части тела, он может адаптироваться и внести изменения. Это в 100 раз затрудняет обнаружение и уничтожение раковых клеток. Когда человеческое тело здорово, клетки знают, когда пройти апоптоз и оставить место для других органов. При раке клетки не заботятся о здоровье других жизненно важных органов тела, и клетки будут питаться за счет других органов. Вот почему, когда раковые клетки удаляются, отставшие от них питаются другими органами и вырастают снова.

Чем может помочь искусственный интеллект?

Хотя окончательного лекарства от рака пока нет, было показано, что искусственный интеллект превосходит даже ведущих радиологов в обнаружении рака груди. Недавний выпуск в США и Великобритании. Исследование показывает, что в огромном количестве случайно выбранных случаев искусственный интеллект Google Deepmind обнаруживал рак груди быстрее, чем рентгенологи. Это не означает, что работа радиолога когда-либо будет заменена, эта работа состоит из множества компонентов, которые невозможно выполнить с помощью роботов. Исследование показало сокращение числа ложноположительных результатов или диагнозов рака груди на 5,7%, когда их не было, и снижение числа ложноотрицательных результатов на 9,4% при анализе 18000 пациентов из США. Для пациентов из Великобритании данные снизили количество ложных срабатываний на 1,2 процента и снизили количество ложных отрицательных результатов на 2,7 процента. Стоит отметить, что исследователи имели доступ к гораздо большему набору данных в Великобритании, включающему изображения более чем 100 000 пациентов.

Показанный выше подробный анализ процесса обнаружения раковой опухоли с помощью искусственного интеллекта

Это только начало того, что искусственный интеллект изменил не только биомедицинскую промышленность, но и методы выявления и лечения заболеваний. При раке одна из самых важных вещей, о которых следует помнить, - это выявить болезнь на ранней стадии. При многих раковых заболеваниях, таких как рак груди, 90% из тех, кто обнаружил болезнь на ранней стадии, выжили. Поскольку большинство существующих методов лечения работают, его необходимо обнаруживать на ранней стадии. Вот почему развитие искусственного интеллекта в онкологии имеет решающее значение для продвижения профилактики рака. В нашем повседневном современном обществе искусственный интеллект уже знаком с технологическим миром. Несмотря на то, что это правда, алгоритмы и ИИ все еще могут изменить то, как мы лечим рак, и к лучшему. Искусственный интеллект плохо изображается в фильмах как антагонист, способный захватить и разрушить мир, каким мы его знаем. Что они не полностью описывают, так это многочисленные способы, которыми машинное обучение вместе с искусственным интеллектом может спасти жизни. Отчасти причина того, что ИИ обнаруживает рак даже быстрее и точнее, чем любой другой метод, связана с тем, что искусственный интеллект может управлять большими наборами данных, что обычно требует высокой вычислительной мощности. После вычисления этих наборов данных, таких как генетическая информация, ИИ может начать учиться и улавливать закономерности в данных. Ученые надеются, что это в конечном итоге приведет к быстрому обнаружению рака, с которым не могут сравниться другие люди и технологии. Искусственный интеллект - это действительно следующее поколение методов более быстрого и эффективного обнаружения и лечения рака.