AI&BM for Leukemia

Progetto “AI&BM for Leukemia” – Intelligenza Artificiale e Microscopia Biofotonica per test rapidi e precoci su cellule leucemiche

Una nuova tecnologia basata sulla microscopia biofotonica, per velocizzare e semplificare la diagnosi e il monitoraggio della salute del paziente affetto da patologia leucemica, con un risparmio significativo di tempi e costi a vantaggio della salute del singolo e del funzionamento del sistema sanitario

La sfida

Molti dei più recenti progressi nella ricerca biomedica hanno a che vedere con l’identificazione di nuovi metodi per lo studio delle cellule. Grazie all’applicazione combinata delle moderne tecnologie è infatti possibile ridurre in modo significativo i tempi di analisi e di classificazione di alcune cellule, rivoluzionando i sistemi di diagnosi di determinate malattie. Il progetto “AI&BM for Leukemia” – proposto da Università di Ferrara e Plastic Jumper e finanziato dalla Fondazione IFAB – intende mettere a punto un nuovo sistema per la diagnosi precoce e il monitoraggio delle leucemie in fase di terapia e post terapia. Il nuovo sistema tende al superamento di alcuni limiti delle attuali pratiche diagnostiche, basate su analisi specialistiche svolte in laboratorio, semplificando e velocizzando l’analisi e studiando l’efficacia dei trattamenti in modo non invasivo e altamente accurato.

La soluzione

“AI&BM for Leukemia”, come dice il nome stesso, coniuga due tecnologie: la microscopia biofotonica iperspettrale (BM, Biophotonic Microscopy) e l’intelligenza artificiale (AI) su immagini ottenute con la microscopia.

La microscopia biofotonica è una tecnologia che sfrutta l’interazione della luce con la materia biologica per studiarne le caratteristiche. Permette infatti di visualizzare le caratteristiche cellulari senza la necessità di marcature che potrebbero alterare il campione biologico stesso, generando immagini digitali rappresentative dello spettro di riflessione luminosa emessa dal materiale biologico.

Obiettivo del progetto è utilizzare la microscopia biofotonica su cellule ematiche di una forma di leucemia acuta promielocitica (APL) umana (HL60), per la quale esiste già una terapia che non ricorre a farmaci chemioterapici. Sarà quindi possibile riprodurre in vitro su queste cellule il processo terapeutico (ottenuto tramite differenziamento con sostanze come l’acido retinoico) e monitorare così l’evoluzione delle cellule ematiche nei vari stadi del trattamento.

Dalle immagini digitali raccolte nei vari stadi, grazie all’applicazione di analisi quantitative attraverso l’utilizzo di tecniche di Intelligenza Artificiale, si possono ottenere informazioni sulla composizione delle membrane cellulari.

Sempre grazie all’Intelligenza Artificiale sarà poi possibile automatizzare l’identificazione di queste caratteristiche correlabili allo stato patologico di una cellula in precisi momenti della terapia. In pratica, il sistema sarà in grado di darci un profilo di salute/malattia delle cellule ematiche e della risposta alle terapie, velocizzando e perfezionando incredibilmente la diagnosi, ma soprattutto il monitoraggio in fase di cura (risposta ai trattamenti) e dopo la guarigione (ricadute).

Il Progetto si sviluppa in tre fasi:

Fase 1 – I dati raccolti dall’imaging biofotonico sono confrontati con metodiche tradizionali di marcatura per mappare come le cellule reagiscono alla luce nei vari stadi di differenziamento come risultato del trattamento farmacologico.
Fase 2 – Il campione raccolto è profilato attraverso algoritmi che riconoscono determinate caratteristiche dell’imaging (forma, cluster di pixel, ecc), restituendo un’analisi delle caratteristiche delle cellule ematiche.
Fase 3 – Le analisi statistiche raccolte sono anche confrontate con letteratura di riferimento.

Benefici

L’orizzonte del progetto, terminata la fase sperimentale, è mettere a punto una nuova tecnologia diagnostica, basata sulla microscopia biofotonica e tecniche di Intelligenza Artificiale, applicabile su cellule ematiche ex vivo, quindi prese direttamente dai pazienti, come ad esempio una semplice goccia di sangue estratta con “pungidito”. Si tratterebbe di un esame semplice e veloce, senza produzione di rifiuti e realizzabile anche in strutture non ospedaliere (es: farmacie), che va quindi nella direzione del potenziamento della medicina di prossimità. Un nuovo tipo di esame più veloce e meno costoso, che porterebbe con sé innegabili vantaggi per i pazienti e per la comunità, consentendo un accesso più rapido alle cure, evitando altri esami più invasivi, così come il prolungamento oltre il necessario di terapie precauzionali su pazienti già guariti.

Partner

University of Ferrara
Plastic Jumper Srl