پژوهش دکتری هلند: کشف جزئیات نانوذرات با هوش مصنوعی برای درمان‌های دقیق

چالش دیرینه نانودارو و ظرفیت تحول پزشکی

نانوذرات، با وجود ابعاد بسیار کوچکشان (گاهی هزاران برابر نازک‌تر از تار موی انسان)، ظرفیت عظیمی برای تحول در پزشکی دارند. آن‌ها می‌توانند دارو را با دقت بسیار بالا به هدف برسانند، اما تحقق این امر منوط به آن است که دانشمندان درک دقیقی از نحوه رفتار آن‌ها و سرنوشتشان درون سلول‌های زنده داشته باشند.

این پرسشِ بنیادی سال‌ها چالش اصلی پژوهشگران نانودارو بوده است. اکنون، پایان‌نامه دکتری لوزانو که در تاریخ ۱۸ نوامبر در گروه مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه صنعتی آیندهوون با موفقیت دفاع شد، پاسخی علمی و قابل اتکا به این چالش ارائه می‌دهد. او توانسته است شکاف دیرینه میان تصویربرداری اَبَرتفکیک و تحلیل داده‌های پیچیده حاصل از آن را پر کند.

تلفیق هوش مصنوعی و میکروسکوپی اَبَرتفکیک

میکروسکوپ‌های اَبَرتفکیک قادرند ساختارهایی بسیار کوچک‌تر از حد توان روش‌های تصویربرداری معمولی را آشکار سازند. این دستگاه‌ها تصاویر خارق‌العاده‌ای ثبت می‌کنند، اما در عین حال حجم عظیمی از داده‌های پیچیده تولید می‌کنند که تفسیر آن‌ها برای محققان دشوار است.

برای حل این مشکل، ایسکی‌یردو لوزانو مجموعه‌ای از ابزارهای محاسباتی هوشمند طراحی کرده است. این ابزارها با ایجاد پلی میان فناوری تصویربرداری و هوش مصنوعی، توانایی تحلیل داده‌های میکروسکوپی را به‌طور چشمگیری افزایش داده و ابعاد پنهان رفتار نانومواد را آشکار می‌سازند.

نوآوری کلیدی: بارکدهای نوری برای ردیابی نانوذرات

یکی از بخش‌های حیاتی این پژوهش، توسعه «بارکدهای نوری» برای نانوذرات است. در این روش، با ترکیب رنگ‌های فلورسنت در الگوهای دقیق، یک کد رنگی منحصربه‌فرد برای هر نانوذره ساخته می‌شود. سپس با بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، این کدها به‌صورت خودکار و بسیار دقیق طبقه‌بندی می‌شوند.

این توانایی، مسیر مطالعه رفتار نانوذرات در تعامل با سلول‌های زنده را بسیار هموار می‌کند، زیرا امکان ردیابی هر نوع نانوذره با هویت مشخص فراهم شده است.

استانداردسازی تحلیل داده‌ها با نرم‌افزار nanoFeatures

از دیگر دستاوردهای مهم این پروژه، توسعه نرم‌افزار nanoFeatures است. این ابزار به پژوهشگران اجازه می‌دهد تصاویر میکروسکوپی را با روشی استاندارد تحلیل کنند و ویژگی‌های کلیدی نانوذرات را اندازه‌گیری نمایند:

• اندازه نانوذره
• شکل نانوذره
• تعداد مولکول‌های متصل‌شده به سطح نانوذره

این استانداردسازی موجب می‌شود نتایج پژوهش‌های مختلف در آزمایشگاه‌های گوناگون قابل مقایسه باشد؛ مزیتی ارزشمند برای حوزه‌ای همچون نانودارو که نیازمند دقت، تکرارپذیری و تحلیل ساختاریافته است.

تحلیل رفتار پویا و آینده نانودارو

پژوهش لوزانو تنها به تصاویر ثابت محدود نشد. او روش‌های خود را برای بررسی حرکت مولکول‌ها درون سلول‌های زنده گسترش داد. با تحلیل مسیر حرکت این مولکول‌ها توسط هوش مصنوعی، سامانه قادر به تشخیص رفتار پویا شد و حتی توانست انواع سلول‌ها را تنها بر اساس الگوی حرکتی آن‌ها از یکدیگر تمایز دهد.

این ابزارهای نرم‌افزاری و روش‌های تحلیلی هم‌اکنون توسط پژوهشگران دیگر مورد استفاده قرار گرفته‌اند. پیوند میان میکروسکوپ‌های قدرتمند و ابزارهای محاسباتی هوشمند، دریچه‌ای تازه برای نانوداروهای فردمحور و درمان‌های دقیق می‌گشاید و یک گام عملی برای نزدیک‌کردن فناوری نانو به کاربردهای واقعی در نظام سلامت محسوب می‌شود.