Как ИИ помогает при наследственных заболеваниях сетчатки с риском потери зрения: пять генов-кандидатов и точность 89%

Даже если внешне заболевания сетчатки выглядят похожими, лечение и тактика генетического консультирования могут различаться в зависимости от того, в каком гене возникло нарушение. Проблема в том, что генов, связанных с наследственными заболеваниями сетчатки, насчитывается более 300, и точно установить причину бывает сложно.

Метод, при котором искусственный интеллект анализирует привычные для офтальмологии снимки сетчатки и результаты обследований и заранее отбирает гены, наиболее вероятные в качестве причины, показал эффективность в клиническом испытании на реальных пациентах. Доля случаев, когда причинный ген попадал в топ-5 генов-кандидатов, при самостоятельном решении специалиста составляла 67,3%, а с помощью ИИ выросла до 88,5%.

Международная исследовательская группа с участием профессоров офтальмологического отделения больницы «Северанс» Хан Чжин У и Пён Сок Хо, а также профессора офтальмологического отделения больницы «Каннам Северанс» Ли Чжун Вон и других разработала клиническую систему поддержки врачебных решений на базе ИИ для прогнозирования причинного гена при наследственных заболеваниях сетчатки — «Retina4IRD» — и подтвердила возможность её применения в реальной практике, сообщили 14-го числа. Результаты исследования опубликованы 24 июля в международном научном журнале 〈Nature Medicine〉.

Более 300 причинных генов… точный поиск открывает путь к лечению

Наследственные заболевания сетчатки — это группа редких болезней, при которых из-за генетических нарушений снижается функция сетчатки. К ним относятся, в частности, пигментный ретинит и ряд других заболеваний. У некоторых пациентов поле зрения постепенно сужается или падает острота зрения, а в тяжёлых случаях возможна слепота.

Выявление причинного гена не сводится к подтверждению диагноза. Оно необходимо и для прогноза того, как будет меняться зрение, и для консультирования семьи по риску наследования. Возможность участия в терапии, нацеленной на конкретный ген, или в клинических испытаниях также зависит от причинного гена.

Одобренная в США генная терапия наследственных заболеваний сетчатки «Лукстурна» подходит не всем пациентам. Лечение показано только тем, у кого подтверждён вариант мутации в конкретном гене PE65. Иными словами, чтобы получить шанс на лечение, нужно точно установить, в каком гене возникло нарушение.

Однако поиск причины — задача непростая. При наследственных заболеваниях сетчатки много связанных генов, и даже при одном и том же генетическом нарушении проявления в глазах могут различаться у разных пациентов. И наоборот, разные генетические нарушения могут приводить к похожим изменениям сетчатки.

Чтобы упростить эту сложную процедуру, исследователи разработали Retina4IRD. «Retina» означает сетчатку, а «IRD» — английская аббревиатура наследственных заболеваний сетчатки (Inherited Retinal Disease).

Retina4IRD анализирует снимки глазного дна и изображения оптической когерентной томографии (OCT). Снимок глазного дна — это обследование, при котором фотографируют сетчатку внутри глаза, чтобы оценить наличие отклонений. OCT с помощью света послойно показывает поперечную структуру сетчатки.

ИИ также использует клиническую информацию — возраст и пол, семейный анамнез, возраст начала симптомов, длительность заболевания. Это не попытка «угадать ген» только по снимку глаза. Система рассматривает изображения и данные пациента вместе и отбирает гены-кандидаты с высокой вероятностью причинной роли.

Исследователи разработали и проверили ИИ на данных 1843 пациентов (3376 глаз) из 9 медицинских учреждений в Республике Корея, Китае и Польше, у которых диагноз был подтверждён генетическим тестированием. Retina4IRD предлагает наиболее вероятных кандидатов среди 17 категорий генов, включая гены, для которых существуют препараты или идут клинические испытания.

При внутренней проверке команды доля случаев, когда реальный причинный ген входил в топ-5, предложенный ИИ, составила 90,4%. При повторной проверке на отдельном наборе данных пациентов показатель также достиг 85,6%.

Врач без поддержки — 67,3%… с ИИ — 88,5%

Чтобы проверить, помогает ли ИИ в реальной клинической практике, исследователи провели рандомизированное контролируемое клиническое испытание.

300 пациентов с подозрением на наследственное заболевание сетчатки разделили на две группы. Одной группе специалистов предоставили информацию, предложенную ИИ, а другой предложили принимать решение без ИИ. Затем в итоговый анализ включили 295 пациентов, у которых были подтверждены результаты генетического тестирования. Медики выбирали пять генов, которые считали вероятной причиной у пациента, после чего сравнивали выбор с фактическими результатами генетического анализа.

В группе, где специалисты использовали помощь ИИ, доля случаев, когда реальный причинный ген попадал в топ-5 кандидатов, составила 88,5%. Когда специалист принимал решение самостоятельно, показатель был 67,3%.

Разница сохранялась и при сравнении только одного гена, который считался наиболее вероятным. В группе с поддержкой ИИ показатель составил 37,8%, в группе без ИИ — 22,4%.

ИИ не заменяет генетическое тестирование

Это не означает, что ИИ заменяет генетическое тестирование. Retina4IRD — инструмент, который помогает врачам до проведения генетического анализа определить, какие гены следует проверить в первую очередь. Окончательно установить, какой вариант мутации вызвал заболевание, необходимо с помощью генетических тестов, включая секвенирование нового поколения (NGS).

В этом исследовании также не оценивали, насколько фактически снизились расходы пациента на обследование и насколько сократился срок постановки диагноза. Ключевой вывод клинического испытания — при использовании ИИ специалисты точнее выбирали гены-кандидаты. Эффект по снижению затрат и сокращению сроков диагностики предстоит дополнительно оценить после внедрения в реальную практику.

Команда подчеркнула, что это первый в мире случай, когда полезность системы ИИ, использующей изображения и клиническую информацию, широко применяемые в офтальмологии, подтверждена проспективным рандомизированным контролируемым клиническим испытанием.

Профессор Хан Чжин У заявил: «Retina4IRD не ставит диагноз вместо врача; ожидается, что система будет использоваться как инструмент предварительного отбора, который ещё до генетического теста сужает круг наиболее вероятных причинных генов». Он добавил: «Это позволит сократить ненужные расходы на обследования и уменьшить время до постановки диагноза, а также поможет раннее выявлять пациентов, для которых критически важны сроки лечения, например при генной терапии, и тем самым внесёт вклад в реализацию прецизионной медицины».