Зрение насекомых помогло ученым глубоко заглянуть в ткани человека

Ученые из Хайфского Техниона создали метод "химической томографии". Массив датчиков, похожий на фасеточный глаз насекомых, улавливает летучие соединения и описывает состояние живой ткани.

Работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Для исследования многих заболеваний и в первую очередь рака, ученые выращивают органоиды из живых клеток организма. На органоидах можно исследовать самые разные лекарства, менять ДНК клеток, экспериментировать с различными нарушениями. Это один из самых перспективных методов исследований.

Но органоид – это сложный и плотный трехмерный объект. Микроскоп хорошо видит его поверхность, но не может увидеть, что происходит внутри. Можно сделать гистологию органоида, провести его РНК-секвенирование, но в этом случае органоид будет уничтожен, а его выращивание – достаточно долгий и дорогой процесс. Ученые давно искали метод, позволяющий отслеживать состояние глубоких тканей живого органоида, чтобы увидеть его динамику. И такой метод создали в Технионе.

Метод получил название химической томографии. О том, что происходит с тканью, можно судить, анализируя летучие органические соединения, которые выделяет эта ткань. Эти молекулы присутствуют в выдыхаемом воздухе, слюне, поте и других биологических жидкостях.

Группа профессора Хосама Хайка разработала систему, которая обнаруживает летучие органические соединения с помощью массива датчиков на основе графена. Собранные датчиками данные анализируются с помощью генеративного искусственного интеллекта. Источником вдохновения для создания этой технологии послужил глаз насекомых – фасеточная структура, состоящая из множества маленьких "глаз", которые посылают многочисленные изображения в мозг насекомого для анализа. В новой системе графеновые датчики выполняют функцию маленьких "глаз", а искусственный интеллект действует как мозг, интерпретируя данные.

Новая система обеспечивает динамическое картирование глубоких тканей органоидов в режиме реального времени, не повреждая саму ткань. Этот метод позволяет исследователям отслеживать развитие рака на разных стадиях, создавать карты биохимических путей и молекулярных процессов, вовлеченных в развитие болезни. Используя новый метод, исследователи выявили шесть биохимических путей, ответственных за производство 12 различных типов летучих органических соединений, которые могут служить биомаркерами заболеваний.

Профессор Хайк говорит: "Помимо применения в онкологии, наша система способна диагностировать проблемы в различных органах, включая почки, мозг и печень. Это прорыв в применении искусственного интеллекта в медицине, особенно в персонализированном здравоохранении".