Алгоритм искусственного интеллекта может определить неинвазивно, с точностью около 70%, имеет ли эмбрион, оплодотворенный in vitro, нормальное или аномальное количество хромосом.
Наличие аномального числа хромосом, состояние, называемое анеуплоидией, является основной причиной того, что эмбрионы, полученные в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), не могут имплантироваться или приводят к здоровой беременности. Один из современных методов обнаружения анеуплоидии включает биопсию и генетическое тестирование клеток эмбриона — подход, который увеличивает стоимость процесса ЭКО и является инвазивным для эмбриона. Новый алгоритм STORK-A, описанный исследователями из Weill Cornell Medicine, опубликованный в журнале Lancet Digital Health, может помочь предсказать анеуплоидию без биопсии. Он работает путем анализа микроскопических изображений эмбриона и включает информацию о возрасте матери и оценке внешнего вида эмбриона в клинике ЭКО.
Мы надеемся, что в конечном итоге мы сможем предсказывать анеуплоидию совершенно неинвазивным способом, используя методы искусственного интеллекта и компьютерного зрения,сказал старший автор исследования доктор Иман Хаджирасулиха, доцент кафедры вычислительной геномики, физиологии и биофизики. в Weill Cornell Medicine и член Института точной медицины Ингландера.
По данным Центров США по контролю и профилактике заболеваний, в 2020 году в США было проведено более 300 000 циклов ЭКО, в результате которых родилось около 80 000 детей. Эксперты по ЭКО всегда ищут способы повысить этот показатель успешности, добиться более успешных беременностей с меньшим количеством переносов эмбрионов, что означает разработку более совершенных методов выявления жизнеспособных эмбрионов.
В настоящее время сотрудники клиники по лечению бесплодия используют микроскопию для оценки эмбрионов на наличие крупномасштабных аномалий, которые коррелируют с плохой жизнеспособностью. Для получения информации о хромосомах персонал клиники также может использовать метод биопсии, называемый преимплантационным генетическим тестированием на анеуплоидию (PGT-A), преимущественно у женщин старше 37 лет.
Чтобы разработать вычислительный подход к оценке эмбрионов, основанный на новаторском использовании Лабораторией эмбриологии замедленной фотографии, исследователи из Центра репродуктивной медицины объединились с коллегами из Института Энгландера.
В исследовании 2019 года команды разработали алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) STORK, который может оценивать качество эмбрионов, а также персонал клиники ЭКО. Для нового исследования они разработали STORK-A как потенциальную замену PGT-A или как более избирательный способ решить, какие эмбрионы должны пройти тестирование PGT-A.
Новый алгоритм STORK-A использует микроскопические изображения эмбрионов, сделанные через пять дней после оплодотворения, оценку качества эмбрионов персоналом клиники, возраст матери и другую информацию, которая обычно собирается в процессе ЭКО. Поскольку он использует искусственный интеллект, алгоритм автоматически «учится» соотносить определенные особенности данных, часто слишком тонкие для человеческого глаза, с вероятностью анеуплоидии. Команда обучила STORK-A на наборе данных из 10 378 бластоцист, плоидный статус которых уже был известен.
Судя по его производительности, они оценили точность алгоритма в прогнозировании анеуплоидных эмбрионов по сравнению с «эуплоидными» эмбрионами с нормальной хромосомой почти в 69,3%. При прогнозировании анеуплоидии с участием более чем одной хромосомы — комплексной анеуплоидии — по сравнению с эуплоидией STORK-A был точен на 77,6%. Позже они протестировали алгоритм на независимых наборах данных, в том числе на одном из клиники ЭКО в Испании, и получили сопоставимые результаты точности, демонстрирующие обобщаемость STORK-A.
Исследование обеспечивает доказательство концепции для подхода, который в настоящее время является экспериментальным. Для стандартизации использования STORK-A в клиниках потребуются клинические испытания, сравнивающие его с PGT-A, и одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов — на все годы вперед. Но новый алгоритм представляет собой прогресс на пути к тому, чтобы сделать отбор эмбрионов для ЭКО менее рискованным, менее субъективным, менее дорогостоящим и более точным.
Это еще один отличный пример того, как искусственный интеллект потенциально может трансформировать медицину. Алгоритм превращает десятки тысяч изображений эмбрионов в модели искусственного интеллекта, которые в конечном итоге могут быть использованы для повышения эффективности ЭКО и дальнейшей демократизации доступа за счет снижения затрат. Мы считаем, что в конечном итоге с помощью этой технологии мы сможем уменьшить количество эмбрионов для биопсии, снизить затраты и предоставить очень хороший инструмент для консультации с пациентом, когда ему нужно принять решение, делать ли PGT-A или нет,заявили авторы исследования.
Теперь команда планирует развить этот успех с помощью алгоритмов, обученных видео развития эмбриона.
Используя видеоклассификацию, мы можем использовать как временную, так и пространственную информацию о развитии эмбриона, и мы надеемся, что это позволит обнаруживать тенденции в развитии, которые отличают анеуплоидию от эуплоидии с еще большей точностью», — сказал Барнс. «Эта технология оптимизируется с надеждой, что в какой-то момент ее точность будет близка к генетическому тестированию, которое является золотым стандартом и обеспечивает точность более 90 процентов,сказал соавтор доктор Зев Розенвакс, директор и главный врач Центра репродуктивной медицины Рональда О. Перельмана и Клаудии Коэн в NewYork-Presbyterian.
