Rilevare i segni di questa malattia debilitante con l’intelligenza artificiale prima che le ossa inizino a rompersi
Melissa Formosa è un’esperta di osteoporosi presso l’Università di Malta a Msida. Condivide la sua storia su AlphaFold.
Al momento, la medicina dipende troppo dalle tecniche di imaging radiografico per la diagnosi dell’osteoporosi. Può essere una malattia debilitante che si sviluppa lentamente nel corso di diversi anni, indebolendo le ossa e rendendole pericolosamente fragili. Tali strumenti radiografici diagnostici hanno i loro limiti, rilevando l’osteoporosi solo quando si è già sviluppata. Ciò significa che è già troppo tardi per controllarlo adeguatamente.
Le persone tendono a pensare che le ossa siano immutabili, ma questo è un malinteso. In realtà sono organi altamente attivi, costituiti da tessuto connettivo rinforzato con calcio e cellule ossee uniche, e la maggior parte contiene anche midollo osseo in cui vengono prodotte le cellule del sangue. Il tessuto osseo viene costantemente rigenerato per tutta la nostra vita, con queste cellule specializzate che assorbono il vecchio tessuto e ne depositano di nuovo. Questi processi lavorano di pari passo per mantenere uno scheletro sano e forte.
La natura complessa delle ossa implica che esistono molti meccanismi diversi attraverso i quali l’osteoporosi può svilupparsi. Le lesioni dovute all’osteoporosi possono essere molto dolorose e spesso debilitanti, richiedendo in alcuni casi cure ospedaliere permanenti, ad esempio se qualcuno si rompe la schiena.
La malattia colpisce soprattutto le donne anziane: a una donna su tre di età superiore ai 50 anni viene diagnosticata l’osteoporosi, mentre un uomo su cinque nella stessa fascia di età soffrirà di osteoporosi. La ricerca su come e perché la malattia si sviluppa in alcune persone ma non in altre è spesso trascurata dalla ricerca scientifica, ma sta diventando sempre più chiaro che l’osteoporosi ha una componente genetica significativa.
Prendiamo il gene WNT1, che è attivo negli osteoblasti, le cellule che creano l’osso. Le mutazioni in questo gene interrompono il processo di costruzione delle ossa, il che significa che le persone con questa mutazione genetica hanno ossa fragili e soffrono di osteoporosi ad esordio precoce. Risultati come questi sono importanti per dimostrare che l’osteoporosi non è – e non può più essere vista come – una malattia che colpisce esclusivamente gli anziani.
Tuttavia, una frattura è ancora spesso il primo indizio della presenza di osteoporosi. Ciò di cui abbiamo bisogno è trovare biomarcatori: un esame del sangue o un gene o una proteina identificati che possiamo cercare in coloro che sono predisposti o ad alto rischio di sviluppare l’osteoporosi. Dobbiamo aiutare le persone a iniziare a combattere la malattia prima ancora che abbia inizio.
Per aiutarci a farlo, abbiamo utilizzato AlphaFold nel tentativo di comprendere più a fondo le cause genetiche. Ci siamo subito resi conto che questo avrebbe potuto rivoluzionare il trattamento se lo avessimo utilizzato per sviluppare una medicina personalizzata. In questo caso, un modello in grado di fornire strategie di prevenzione e cura su misura per gruppi definiti di individui.
Qualcuno con la malattia potrebbe quindi sequenziare il proprio genoma. Questa analisi genetica ci darebbe un’idea migliore se quella persona è a rischio di frattura nel prossimo futuro e, soprattutto, consentirebbe di intraprendere azioni preventive. Potrebbe anche aiutarci a comprendere la progressione della malattia e consentire ai pazienti un maggiore controllo sulla decisione dell’intervento migliore per loro. In definitiva, l’obiettivo è gestire l’osteoporosi fin dal primo stadio possibile e prevenirne la progressione, le fratture e il dolore e la debilitazione che comportano.
Quando inseriamo la sequenza di aminoacidi nel software AlphaFold, questo crea un’immagine 3D della struttura proteica e ci consente di confrontare le strutture proteiche codificate sia dai geni normali che da quelli difettosi. Con AlphaFold possiamo visualizzare l’impatto di specifiche mutazioni genetiche, alcune delle quali possono causare solo sottili cambiamenti strutturali. Altri inducono deformazioni significative alla proteina, riducendone la capacità di funzionare correttamente, contribuendo alla malattia.
In definitiva, miriamo a sviluppare semplici esami del sangue per i giovani adulti per aiutare a prevedere la malattia e a trovare nuovi geni e proteine associati alla malattia in modo da poter sviluppare farmaci migliori per curarla. La diagnosi precoce e l’introduzione della medicina personalizzata potrebbero significare che l’osteoporosi può essere gestita in modo molto più efficace. Milioni di vite potrebbero essere notevolmente migliorate.
Questo tipo di intelligenza artificiale sta diventando centrale per il nostro lavoro e sarà fondamentale per i futuri ricercatori in questo campo. Finalmente abbiamo la possibilità di fare un passo avanti rispetto a questa malattia debilitante: questo non ha prezzo.
Fonte: deepmind.google
