طور باحثون في معهد وايتهايد نموذج ذكاء اصطناعي جديداً يحمل اسم «آيريس» لقراءة بصمات النشاط الجيني واستنتاج الإشارات الكيميائية التي وجهت نمو الخلايا الجنينية. ويسهم هذا الابتكار، المدرب على الخلايا الجذعية البشرية، في تسريع جهود تنمية أنسجة الرئة المخبرية بدقة غير مسبوقة.
- ابتكار نموذج آيريس لفك شفرة بصمات النشاط الجيني في الخلايا
- التدريب على الخلايا الجذعية البشرية والتنبؤ الدقيق في أجنة الفئران
- تأكيد مخبري لإشارات نمو الرئة وآفاق واعدة للطب التجديدي
- تكامل علم الأحياء الحاسوبي مع هندسة الأعضاء البشرية في المختبر
- أسئلة شائعة
ابتكار نموذج آيريس لفك شفرة بصمات النشاط الجيني في الخلايا
نجح فريق بحثي متخصص في «معهد وايتهايد» للأبحاث الطبية الحيوية، بقيادة الباحثة بولين لي، في بناء وتطوير نموذج ذكاء اصطناعي مبتكر يحمل اسم «آيريس»، صمم خصيصاً لقراءة وتحليل ما يعرف علمياً بـ«بصمات» النشاط الجيني داخل الخلايا الحية، وذلك بهدف تحديد واستنتاج الإشارات الكيميائية الدقيقة التي وجهت مسار تطور كل خلية ونموها الحيوي، وفقاً لما أورده موقع أخبار «معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا».
ويعالج هذا الابتكار العلمي تحدياً جوهرياً لطالما واجه علماء الأحياء التطورية والطب التجديدي؛ إذ تتلقى الخلايا الجنينية خلال مراحل تشكل الأعضاء سلسلة معقدة ومتتابعة من الإشارات الكيميائية التي تحدد هويتها النهائية، غير أن تتبع التاريخ الكامل لتلك الإشارات بعد تمايز الخلية كان أمراً بالغ الصعوبة باستخدام الأدوات المخبرية التقليدية.
ومن خلال توظيف قدرات التعلم الآلي المتقدمة في نموذج «آيريس»، بات بإمكان الباحثين النظر إلى حالة التعبير الجيني الراهنة للخلية واستقراء سجل الإشارات الكيميائية التي تعرضت لها، مما يفتح نافذة علمية غير مسبوقة لفهم الآليات الجزيئية الخفية التي تشكل الأنسجة والأعضاء الحيوية منذ لحظاتها الأولى.
التدريب على الخلايا الجذعية البشرية والتنبؤ الدقيق في أجنة الفئران
اعتمد الفريق البحثي بقيادة بولين لي في مرحلة بناء النموذج على تدريب خوارزميات «آيريس» باستخدام بيانات مستخلصة من الخلايا الجذعية البشرية، حيث تعلم النموذج ربط الأنماط المعقدة للنشاط الجيني بنوعية الإشارات الكيميائية التي حفزت تلك الخلايا. وبعد إتمام هذا التدريب الأساسي، أظهر النموذج قدرة استثنائية على تعميم معارفه الحيوية عبر الكائنات الحية المختلفة، بحسب ما كشفته تقارير منصة «تكنولوجي نيتوركس» العلمية.
ونجح نموذج «آيريس» بدقة عالية في التنبؤ بتاريخ الإشارات الكيميائية داخل خلايا أجنة الفئران التي كانت في طور تكوين وتشكيل أنسجة حيوية متنوعة ومعقدة، شملت أنسجة القلب، والأمعاء، والعضلات، والحبل الشوكي. ويبرهن هذا النجاح التطبيقي على أن البصمات الجزيئية التي تتركها الإشارات الكيميائية التطورية تتسم بقدر كبير من الاتساق البيولوجي الذي يمكن للخوارزميات الذكية التقاطه وتفسيره.
ويتيح هذا الانتقال السلس بين بيانات الخلايا الجذعية البشرية وتطبيقات أجنة الفئران للعلماء أداة تحليلية موحدة وقوية لرسم خرائط شاملة لتاريخ الإشارات الخلوية عبر مختلف الأنسجة الحيوية، دون الحاجة إلى إعادة تصميم التجارب من الصفر لكل نوع من الأنسجة أو الأعضاء.
تأكيد مخبري لإشارات نمو الرئة وآفاق واعدة للطب التجديدي
لم تتوقف نتائج المشروع عند حدود المحاكاة الحاسوبية والتوقعات النظرية، بل انتقلت إلى مرحلة التحقق التجريبي المباشر داخل المختبر؛ فقد أكدت التجارب العملية التي أجريت على أجنة الفئران صحة تنبؤ علمي دقيق قدمه نموذج «آيريس» حول الإشارة الكيميائية المحددة التي تعزز وتحفز تطور أنسجة الرئة، وذلك وفقاً لما أشارت إليه منصة «كومبليت أي آي ترينينج».
ويمثل هذا التأكيد التجريبي خطوة عملية بالغة الأهمية نحو تطوير نماذج رئة مخبرية تتمتع بدرجة أعلى من الدقة والمطابقة البيولوجية للرئة الطبيعية. إذ يعتمد العلماء الذين يسعون إلى إنماء الأعضاء والأنسجة البشرية داخل المختبر على توجيه الخلايا الجذعية عبر إمدادها بالإشارات الكيميائية الصحيحة في التوقيت المناسب، وهو ما كان يتطلب في السابق سنوات من التجارب اليدوية المعتمدة على المحاولة والخطأ.
ومن المتوقع أن يسهم نموذج «آيريس» في تسريع أبحاث هندسة الأنسجة والطب التجديدي بصورة ملموسة، عبر تزويد المختبرات بوصفات كيميائية دقيقة وموثوقة لتوجيه الخلايا الجذعية نحو تكوين أنسجة الرئة والقلب والعضلات والأعصاب، الأمر الذي يعزز كفاءة اختبار الأدوية الجديدة ويمهد الطريق مستقبلاً لإنتاج أنسجة حيوية قابلة للاستخدام العلاجي.
تكامل علم الأحياء الحاسوبي مع هندسة الأعضاء البشرية في المختبر
يعكس تطوير نموذج «آيريس» داخل «معهد وايتهايد» التابع لبيئة «معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا» التحول المتسارع نحو دمج نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدية والتحليلية في صميم علوم الخلية والأجنة. فبدلاً من النظر إلى الخلية الجنينية كصندوق أسود يصعب تفسير ماضيه الكيميائي، تمنح خوارزميات قراءة بصمات النشاط الجيني للباحثين سجلاً زمنياً واضحاً يربط بين المحفزات الكيميائية المبكرة والنتائج النسيجية النهائية في القلب والأمعاء والعضلات والحبل الشوكي والرئة.
ومع نجاح التجارب المخبرية على أجنة الفئران في إثبات دقة توقعات النموذج بشأن الإشارة المحفزة لنمو الرئة، يمتلك العلماء اليوم خارطة طريق عملية لتطبيق النهج ذاته على طيف أوسع من الأنسجة البشرية المعقدة التي تنشأ من الخلايا الجذعية، مما يقلص الفجوة بين الأبحاث الجينية النظرية وتطبيقات الطب التجديدي.
أسئلة شائعة
السؤال: ما هو نموذج آيريس الذي طوره الباحثون في معهد وايتهايد؟
الإجابة: هو نموذج ذكاء اصطناعي طوره فريق بقيادة الباحثة بولين لي لقراءة بصمات النشاط الجيني واستنتاج الإشارات الكيميائية التي وجهت نمو الخلايا الجنينية وتمايزها.
السؤال: كيف تم تدريب نموذج آيريس وما الأنسجة التي نجح في تحليلها؟
الإجابة: تدرب النموذج على بيانات الخلايا الجذعية البشرية، ثم نجح بدقة في التنبؤ بتاريخ الإشارات الكيميائية في خلايا أجنة الفئران المكونة لأنسجة القلب والأمعاء والعضلات والحبل الشوكي.
السؤال: ما الإنجاز العملي الذي حققه النموذج في مجال تطوير أنسجة الرئة؟
الإجابة: تنبأ النموذج بالإشارة الكيميائية التي تحفز تطور الرئة، وأكدت تجارب أجنة الفئران صحة هذا التنبؤ، مما يدعم جهود إنتاج نماذج رئة مخبرية أكثر دقة.
السؤال: كيف يفيد هذا الابتكار أبحاث الطب التجديدي وهندسة الأنسجة؟
الإجابة: يساعد العلماء على معرفة الإشارات الكيميائية اللازمة لتوجيه الخلايا الجذعية نحو تكوين أعضاء محددة في المختبر بدلاً من الاعتماد المطول على تجارب المحاولة والخطأ.
