Nowy system oparty na sztucznej inteligencji (AI) może precyzyjnie oceniać status chromosomalny embrionów zapłodnionych in vitro (IVF), opierając się wyłącznie na obrazach z time-lapse oraz wieku matki – wynika z badania przeprowadzonego przez naukowców z Weill Cornell Medicine.
BELA – Przełomowy System Oceny Embrionów IVF
Nowy system, nazwany BELA, został opisany w artykule opublikowanym 5 września w Nature Communications i stanowi najnowsze narzędzie oparte na AI do oceny, czy embrion posiada prawidłową (euploidalną) czy nieprawidłową (aneuploidalną) liczbę chromosomów. Jest to kluczowy czynnik sukcesu w procesie zapłodnienia in vitro. W odróżnieniu od wcześniejszych rozwiązań wykorzystujących sztuczną inteligencję, system BELA nie wymaga subiektywnych ocen embriologów. Dzięki temu oferuje obiektywną, uniwersalną miarę. Jeśli potwierdzi się jego skuteczność w badaniach klinicznych, system ten może być szeroko stosowany w klinikach embriologicznych, znacząco zwiększając efektywność procesu IVF.
„To w pełni zautomatyzowane i bardziej obiektywne podejście w porównaniu do wcześniejszych metod. Wykorzystanie większej ilości danych obrazowych daje większą moc predykcyjną” – powiedział dr Iman Hajirasouliha, profesor nadzwyczajny fizjologii i biofizyki oraz członek Englander Institute for Precision Medicine w Weill Cornell Medicine.
Zespół Badawczy i Historia Powstania BELA
Pierwszym autorem badania jest Suraj Rajendran, doktorant w laboratorium dr Hajirasoulihy. Część embriologiczna badań była kierowana przez dr Nikicę Zaninovica, profesora nadzwyczajnego embriologii w klinice położnictwa i ginekologii, a także dyrektora Laboratorium Embriologii w Ronald O. Perelman i Claudia Cohen Center for Reproductive Medicine (CRM) w Weill Cornell Medicine oraz NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. Współautorem badania był także dr Zev Rosenwaks, dyrektor oraz główny lekarz CRM.
Obecnie embriolodzy oceniają jakość embrionów IVF, badając je pod mikroskopem. Jeśli zarodek wydaje się normalny, ale istnieją powody do podejrzeń, na przykład związane z zaawansowanym wiekiem matki, mogą oni zlecić testy chromosomalne, aby bezpośrednio ocenić jego status. Złotym standardem jest wówczas test PGT-A (przedimplantacyjne badanie genetyczne na obecność aneuploidii), który jednak wiąże się z pewnym ryzykiem, gdyż przypomina procedurę biopsji. W ostatnich latach embriolodzy współpracują z ekspertami z dziedziny AI, aby zautomatyzować część tego procesu oraz ulepszyć wyniki. W 2022 roku dr Hajirasouliha wraz z zespołem opracował system o nazwie STORK-A, który wykorzystuje pojedynczy obraz mikroskopowy zarodka, wiek matki oraz oceny embriologów, aby przewidzieć status chromosomalny z dokładnością około 70%.
Jak Działa BELA?
BELA został stworzony, aby generować dokładne prognozy ploidalności bez konieczności polegania na ocenach embriologów. Główną częścią systemu jest model uczenia maszynowego, który analizuje dziewięć obrazów time-lapse embrionu pod mikroskopem, wykonanych około pięć dni po zapłodnieniu, aby wygenerować wynik jakości embrionu. Na podstawie tego wyniku oraz wieku matki system przewiduje, czy embrion jest euploidalny, czy aneuploidalny.
Model został wytrenowany na anonimizowanych danych z Weill Cornell Medicine CRM, które zawierały sekwencje obrazów prawie 2000 embrionów oraz ich wyniki PGT-A. Następnie przetestowano go na nowych zbiorach danych z Weill Cornell Medicine CRM, a także z dużych klinik IVF na Florydzie i w Hiszpanii. Okazało się, że model przewiduje status chromosomalny z nieco wyższą dokładnością niż wcześniejsze wersje, dobrze sprawdzając się zarówno na wewnętrznych, jak i zewnętrznych zestawach danych.
Przyszłość Systemu BELA
Kolejnym krokiem, jak twierdzą badacze, jest przetestowanie skuteczności prognostycznej BELA w randomizowanym, kontrolowanym badaniu klinicznym, które obecnie jest w fazie planowania.
„BELA i podobne do niego modele AI mogą rozszerzyć dostępność IVF w regionach, które nie mają dostępu do zaawansowanej technologii IVF i testów PGT, poprawiając równość w dostępie do opieki związanej z IVF na całym świecie” – zauważył dr Zaninovic.
Fakt, że BELA została zaprojektowana do przetwarzania ogromnej ilości danych obrazowych dla każdego embrionu, sugeruje również, że system może być wykorzystywany do innych celów poza prognozowaniem ploidalności.
„Mamy nadzieję, że ten model będzie użyteczny również do ogólnej oceny jakości embrionów, prognozowania etapu rozwoju embrionu oraz innych funkcji, które kliniki embriologiczne mogą dostosować do swoich potrzeb” – dodał Rajendran.
Wnioski
Rozwój technologii takich jak BELA to krok w przyszłość, który może zrewolucjonizować proces zapłodnienia in vitro, czyniąc go bardziej efektywnym i dostępnym na całym świecie. Prawdopodobnie już w najbliższych latach zobaczymy coraz szersze implementacje sztucznej inteligencji w medycynie reprodukcyjnej, co może przynieść korzyści wielu parom na całym świecie, które starają się o potomstwo.
