用机器学习追踪吸血虫——使用人工智能在寄生虫孵化到你的血液中之前诊断血吸虫病

2024-10-21 12:44:37 英文原文

作者:Trirupa Chakraborty

血样本中含有引起血吸虫病的寄生线虫的患者的血液样本中包含标记疾病不同阶段的隐藏信息。在我们的最近发表的研究成果我们的团队利用机器学习发现了那些隐藏的信息,从而提高了感染的早期检测和诊断能力。

引起血吸虫病的寄生虫在其生命周期中需要两个宿主——首先在螺类,然后在哺乳动物如人类、狗和老鼠等体内完成。淡水中的血吸虫卵通过人的皮肤进入人体,并在全身循环。损害多个器官包括肝脏、肠道、膀胱和尿道。当这些幼虫到达连接肠道和肝脏的血管时,它们成熟为成虫。然后释放出卵,当感染者排便时将卵排出体外。继续传输周期.

目前诊断以来依赖于检测粪便中的虫卵,医生通常会错过感染的早期阶段。等到检测出虫卵时,患者已经处于疾病的晚期。由于诊断率低下,公共卫生官员通常大规模施用药物吡喹酮然而,吡喹酮不能清除感染早期阶段的幼虫,也不能预防再次感染。

Diagram of schistosomiasis infection cycle

血吸虫病通常在疾病的晚期才被诊断出来。 DPDx/CDC

我们的研究为提高早期检测和诊断提供了明确的方向。识别血液中的隐藏信息表示活跃的早期感染阶段。

你的身体会对血吸虫病感染作出免疫反应,涉及多种类型的免疫细胞以及特异性针对由寄生虫分泌或存在于其表面和卵上的分子的抗体。我们的研究介绍了两种筛查具有早期感染信号特征的抗体的方法。

第一个是捕获的检测方法免疫反应的数量和质量特征包括各种抗体的类型及其与其它免疫细胞通信的特点。这使我们能够识别出区分未感染患者和早期及晚期疾病患者的特异性免疫反应特征。

其次,我们开发了一种新的基于机器学习的方法分析抗体为了识别与疾病阶段和严重程度相关的免疫反应的潜在特征。我们使用感染患者和未感染患者的免疫谱数据训练了模型,并在未用于训练的数据以及来自不同地理位置的数据上测试了该模型。我们不仅发现了疾病的生物标志物,还揭示了潜在的感染机制。

为什么这很重要

血吸虫病是一种被忽视的热带疾病影响全球超过2亿人的疾病,每年导致28万人死亡。早期诊断可以提高治疗效果并预防重症。

此外,与许多机器学习方法不同,黑匣子,我们的方法也是可解释的这意味着它不仅能识别疾病的标志物,还能提供关于疾病如何和发展为何的见解,指导未来早期诊断和治疗的战略。

Microscopy image of large white oval-shaped structures enclosing magenta oval-shaped structures, surrounded by smaller cells

集群中的曼氏血吸虫被免疫细胞包围的膀胱组织中的鸡蛋(此处可能是指卵泡或类似结构) CDC/埃德温·P·伊文斯少校 Jr. 注意:人名部分可能存在不同的中文译法,请根据具体语境选择合适的翻译。如"Ewing"可以翻译为“伊文斯”、“欧文”等,这里采用“伊文斯”。

仍然未知的是

我们识别出的血吸虫病感染标志在两个大陆的两个地理区域中保持稳定。未来的研究可以探索这些生物标志物在其他人群中的适用性。

此外,我们的研究确定了疾病进展背后的一个潜在机制。我们发现针对寄生虫表面特定蛋白质的特异性免疫反应标志着感染的中间阶段。了解免疫系统如何应对这一研究较少的抗原可能会改善诊断和治疗。

下一个是什么

除了提高我们对免疫系统在感染不同阶段反应的理解之外,我们的研究结果还识别了关键抗原,这些抗原可能为设计低成本且高效的诊断和治疗方案铺平道路。下一步将包括实际在现场部署这些策略,以实现疾病的早期检测和管理。

无实际内容需要翻译 原文:The 翻译结果:_the_(这里的英文单词"The"在中文中通常没有直接对应的词汇,可能意指特定名词前的冠词,但根据上下文不同其具体含义会有所变化,此处无法给出完整翻译。如果必须体现,则可简单保留为“The”。)由于要求是“确切的翻译”,且未提供更具体的上下文信息,因此按照指示返回原文“The”。研究简报是一篇关于有趣学术工作的简短评论。

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摘要

血吸虫病患者感染寄生虫后,其血液样本中包含标记不同疾病阶段的隐藏信息。您的身体对血吸虫病的感染会通过动员几种类型的免疫细胞以及针对由寄生虫分泌或存在于其体表的分子产生特异性抗体来作出免疫反应。其次,我们开发了一种新的机器学习方法,分析抗体以识别与疾病阶段和严重程度相关的潜在免疫特征。早期诊断可以提高治疗效果并防止病情恶化。研究简报是对有趣学术工作的简短介绍。

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