Inteligencia artificial lleva a los científicos dentro de células humanas vivas
Investigadores del Instituto Allen para la ciencia de la célula en Seattle usaron inteligencia artificial para estudiar y aprender de las imágenes de decenas de miles de células.
Cortesía del Instituto Allen
Una nueva aplicación de la inteligencia artificial podría ayudar a los investigadores a resolver misterios médicos que van desde cáncer hasta la enfermedad de Alzheimer.
Es un modelo 3D de una célula humana viva que permite a los científicos estudiar las estructuras interiores de una celda si sólo ven el exterior y el núcleo, la estructura más grande en una celda. El modelo se dio a conocer al público el miércoles por el Instituto Allen para la ciencia de la célula en Seattle.
La tecnología está disponible, y Roger Brent, un investigador en el centro de investigación del cáncer Fred Hutchinson en Seattle, quien no estuvo involucrado en el desarrollo de la herramienta, ha estado utilizando durante varios meses. Es un gran fan.
“Esto le permite ver las cosas con un microscopio simple que van a ser útiles para los investigadores en todo el mundo — incluso en lugares menos ricos,” dice Brent.
“Esto es increíblemente fresco,” dice Greg Johnson, uno de los científicos en el Instituto Allen que ayudaron a crear el modelo de celular. Dando a los científicos una manera relativamente fácil y barata para comparar la organización interna de las células saludables y no saludables, dice, el modelo debe velocidad tratando de averiguar lo que sucede en enfermedades como el cáncer.
El modelo, conocido como la Célula integrada de Allen, fue desarrollado utilizando inteligencia artificial. Un ordenador programado para aprender estudiadas imágenes de decenas de miles de células madre humanas vivas. Algunas de las células habían sido alteradas genéticamente para hacer visibles estructuras internas tales como las mitocondrias. Otros eran células inalteradas, a través de un microscopio de laboratorio estándar.
Con el tiempo, el equipo aprendió a mirar una imagen de una célula típica y averiguar su organización interna.
“Así que, cuando le doy el modelo de la imagen de una célula y el núcleo, podemos predecir donde todas esas estructuras son,” dice Johnson.
Una muestra celular de la célula integrado de Allen
Un modelo 3D de dos vivo células madre humanas, con colores que representan diferentes estructuras internas de las células.
El uso de la inteligencia artificial tiene varias ventajas sobre otros métodos de estudiar el interior de las células, dice Johnson.
Técnicas que se basan en la alteración genética, colorantes especiales o luz intensa, tienden a cambiar o dañar las células muy que científico está tratando de estudiar, dice. Además, estas técnicas confían en equipo costoso que no está disponible en cada laboratorio.
Hasta ahora, no ha habido buenas alternativas, señala Graham Johnson (ninguna relación a Greg Johnson), un biólogo computacional y la ilustradora médica en el Instituto Allen.
Recuerda la frustración cuando estaba en high School secundaria y Universidad de tratando de estudiar las células con un microscopio convencional.
“Ves un objeto claro en blanco y negro y tenía un montón de objetos más pequeños dentro de lo que se mueve alrededor y cambia forma y haciendo a toda clase de cosas misteriosas”, dice Graham Johnson. Pero no hubo ninguna buena manera de identificar las formas o entender lo que estaban haciendo.
Más tarde, como un ilustrador médico, tenía acceso a las tecnologías que podrían identificar estructuras dentro de las células. Pero incluso entonces, sólo era posible mirar dos o tres componentes al mismo tiempo.
“Realmente necesita ser capaz de ver todos estos componentes y ver como trabajan juntos”, dice. Y el nuevo modelo de celular debe ayudar a hacerlo posible.
Ya está resultando útil a Brent, que está estudiando las células de levadura para entender los factores que causan algunas células a convertirse en enfermos mientras que otros se mantengan sanos. Y su laboratorio ya ha desarrollado una versión del modelo Allen Institute que puede mostrar las estructuras internas de las células de levadura.
“Mi esperanza”, dice, “sería que al final del verano podemos tener algunos modelos muy bien entrenados ayudar a otros investigadores aquí.”
El hardware necesario para correr los modelos es realmente asequible, dice Brent — su modelo de la levadura es alimentado por tres procesadores de gráficos de bajo costo diseñados para ejecutar juegos de video.
Dentro de una década o menos, Brent dice, teléfonos móviles será lo suficientemente potente como para correr los modelos 3D de la célula. Y eso podría significar que incluso en los países en desarrollo, podría ser un laboratorio básico dentro de una célula de cáncer para determinar qué tratamiento podría funcionar mejor.
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JON HAMILTON
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