Генетические заболевания считаются основной причиной младенческой смертности, особенно среди около 15% младенцев в отделениях интенсивной терапии новорожденных. Поскольку прогрессирование заболевания у младенцев происходит быстро, этиологический диагноз должен быть одинаково быстрым для принятия обоснованных мер, чтобы уменьшить страдания и смертность. К сожалению, это происходит редко. Известно 13 000 генетических заболеваний и их проявления часто совпадают у тяжелобольных младенцев.
Стандартное секвенирование генома занимает недели, что слишком медленно, чтобы назначить стационарное лечение. Быстрое секвенирование генома обеспечивает более быструю диагностику, позволяя своевременно принимать точные меры для снижения заболеваемости и смертности младенцев. Кроме того, при генетических заболеваниях с одинаково мрачным прогнозом быстрая диагностика облегчает принятие решений по уходу перед смертью, что может облегчить страдания.
Чтобы вовремя проводить целенаправленное лечение, ученые создали автоматизированную платформу для анализа данных медицинской базы и секвенирования генома из засохших пятен крови. Благодаря этому можно поставить потенциальный диагноз детям с подозрением на генетические заболевания, часто тяжело больным. Такая автоматизированная платформа требует минимального вмешательства со стороны пользователей, повышая удобство использования и сокращая время диагностики. Она показывает предварительный вывод в среднем менее чем за 24 часа.
Ранее в клинической практике наиболее быстрое время постановки диагноза по секвенированию генома составляло 37 часов. Однако протокол был чрезвычайно трудоемким и капиталоемким и ограничивался одной выборкой за раз. В 30% таких случаев диагноз ставится со средним сроком до 3 - 6 дней. Прототип автоматизированной системы диагностики генетических заболеваний в среднем показывает результат за двадцать часов. Платформа показала успешные результаты в следующих случаях:
- неонатальные эпилептические энцефалопатии,
- метаболические заболевания,
- септический шок, связанный с иммунодефицитом,
- отказ органов,
- экстракорпоральная мембранная оксигенация, которая рассматривается при отсутствии известных этиологии заболеваниях.
Испытания были проведены в подгруппе неонатальных и детских реанимационных отделениях, в которых заболеваемости или смертности можно избежать путем раннего назначения целевого лечения. Будет важно оценить долю тяжелобольных пациентов и масштабы неотложной медицинской помощи, в которой возможный диагноз в течение 20 часов мог бы послужить основой для проведения неотложных вмешательств.
Процесс диагностики с помощью автоматизированной платформы.
Секвенирование генома ускоряется путем подготовки библиотеки генома на основе бисера непосредственно из образцов крови и секвенирования парных считываний в течение 15,5 часов. Клиническая обработка программным языком автоматически извлекает глубокие феномены детей из электронных медицинских карт с 80% точностью.
Например, у 101 ребенка с 105 генетическими заболеваниями среднее значение 4,3 экстрагированных фенотипических признаков соответствовало ожидаемым признакам этих заболеваний по сравнению с 0,9 фенотипическими признаками, использованными в ручной интерпретации.
Автоматизация предварительной диагностики объединила ранжирование сходства фенома пациента с ожидаемыми фенотипическими особенностями всех генетических заболеваний. В перспективе, такая платформа правильно диагностирует четверых из семи тяжелобольных новорожденных в реанимации и интенсивной терапии со средней экономией времени до 22 часов. Секвенирование генома с автоматизированным фенотипированием и интерпретацией часов может увеличить адаптацию и, таким образом, своевременное проведение точного лечения.
Надзорные автоматизированные системы могут обеспечить эффективную предварительную диагностику первого уровня, позволяя зарезервировать ценные когнитивные ресурсы для невыясненных или сложных случаев. При дальнейшем развитии такие диагностические программы могут осуществлять независимый, объективный анализ. Они могут также периодически проводить повторный анализ. Это обременительно для ручной работы, поскольку ежегодно сообщается о 250 новых ассоциациях по генным заболеваниям и 9200 новых вариаций заболеваний. Автоматизированный повторный анализ может включать обновленную базу данных, что было бы полезно при эволюции фенотипа со временем. Известно, что риск генетического тестирования связан с избыточным лечением в результате гипердиагностики. Периодический, автономный повторный анализ позволил бы также выявлять случаи, когда диагноз меняется в результате переклассификации причинно-следственной связи гена или патогенности данного варианта.
Автоматизированная система, подобная автопилоту, может снизить трудоемкость интерпретации генома. Однако спустя сто шесть лет после изобретения автопилота в кабинах самолетов до сих пор работают два пилота. Аналогичным образом, для курирования и принятия трудных решений в обозримом будущем потребуется квалифицированная группа специалистов.
Такая платформа на сегодня имеет ряд ограничений:
- Производительность системы частично зависит от качества истории болезни и медицинского осмотра, а также от полноты записей в базе данных.
- Эффективность автономной диагностической системы повысится благодаря дополнительному обучению, увеличению отображения терминов, связанных с генетическими заболеваниями.
- Основными препятствиями для широкого применения геномной медицины для тяжелобольных младенцев с нарушениями неизвестной этиологии являются неподготовленность медицинских работников и существенная нехватка специалистов в данной области, включая медицинских генетиков, молекулярных лабораторий и консультантов по генетическим вопросам.
Ручной анализ и интерпретация генома очень трудоемкие. Кроме того, крайнее количество редких генетических заболеваний не позволяет специалистам легко овладеть материалом. Таким образом, детская геномная медицина может быть одной из первых клинических областей, где искусственный интеллект необходим для его широкого внедрения.