El asma es una de las enfermedades respiratorias más comunes en todo el mundo. afectando a más de 235 millones de pacientes. A menudo es más difícil de diagnosticar en niños que en adultos. Un diagnóstico temprano es especialmente importante para los niños para prevenir ataques graves de la enfermedad. Un equipo de investigadores de la Institución de Investigación Fraunhofer para Biotecnología Marina y Tecnología Celular EMB ha unido fuerzas con algunas empresas de alta tecnología para desarrollar una prueba rápida que requiere solo una gota de sangre para diagnosticar el asma. Para hacer esto, los socios utilizan el aprendizaje automático.

Disnea, la falta de aire y la tos son solo algunos de los posibles síntomas del asma. Los afectados sufren ataques repentinos de constricción bronquial. Identificar la enfermedad rápidamente es crucial, ya que esa es la única forma de reducir la amenaza de ataques de asma, que incluso puede ser fatal. Es particularmente importante identificar la enfermedad en una etapa temprana en los niños para poder intervenir rápidamente y aliviar los síntomas. Sin embargo, diagnosticar a los niños es más complicado y tedioso que diagnosticar a los adultos. Algunos de los métodos de prueba que implican soplar en un tubo no se pueden usar en niños pequeños. Las pruebas de función pulmonar que requieren mucho tiempo solo se pueden realizar a partir de los cuatro o cinco años. Para abordar este asunto, Fraunhofer EMB se ha asociado con Pattern Recognition Company y Raytrix GmbH en el proyecto "KillAsthma" patrocinado por el estado federal alemán de Schleswig-Holstein. Se espera que una nueva prueba rápida arroje un resultado después de solo 60 a 90 minutos, y todo lo que se necesita para diagnosticar el asma es una gota de sangre y las células inmunitarias que contiene.

Análisis de células inmunes basado en IA

El perfil de movimiento de las células sanguíneas de los asmáticos difiere del de las personas sanas. "En pacientes con asma, las células inmunes se mueven mucho más lentamente en presencia de un estímulo inflamatorio, "explica el Dr. Daniel Rapoport, jefe del Grupo de Trabajo sobre Tecnología Celular en Fraunhofer EMB. El equipo de investigadores se basa en este conocimiento para desarrollar el conjunto de pruebas. La idea es observar las células inmunes en la gota de sangre bajo un microscopio holográfico especialmente desarrollado durante unos 90 minutos y, según su patrón de movimiento, para evaluar si el paciente tiene asma. El microscopio también conocido como escáner celular, habilita automático, Seguimiento de celdas tridimensionales en tiempo real.

La inteligencia artificial (IA) juega un papel clave aquí, reconocer patrones característicos en los complejos patrones de movimiento de miles de células. Pero, ¿cómo funciona la tecnología en detalle? La sangre y una sustancia que desencadena el estímulo inflamatorio se introducen en un cartucho de microfluidos y luego se colocan en el microscopio miniaturizado. que comprende un LED y un sensor de imagen CMOS óptico que está vinculado con el software de la computadora. Las imágenes se evalúan utilizando algoritmos especialmente desarrollados. "Podemos observar de 2000 a 3000 células simultáneamente, asegurando una alta precisión estadística, ", dice Rapoport. Los patrones de movimiento identificados se transfieren luego a una red neuronal. Los algoritmos de autoaprendizaje analizan los patrones de movimiento de las células sanguíneas y calculan el índice de diagnóstico". La IA nos permite identificar desviaciones en los patrones. Usamos algoritmos de autoaprendizaje para capturar estas diferencias. Los datos de entrenamiento extensos ayudan a las redes neuronales a reconocer patrones y distinguir entre los perfiles de los que sufren de asma y los de las personas sanas ".

Extendiendo el método a otras enfermedades

Se puede concluir que la IA también es capaz de aprender otras desviaciones de la norma. "Nuestro método también se puede utilizar para analizar otras enfermedades. Esto es especialmente cierto para las enfermedades autoinmunes e inflamatorias crónicas como la enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa y reumatismo. Diagnosticar estas condiciones es un proceso largo, tedioso proceso y se puede acelerar considerablemente con una prueba rápida personalizada, ", dice el investigador de Lübeck." Las pruebas iniciales se han completado con éxito. La evaluación de la imagen mostró que nuestro microscopio holográfico es superior a un microscopio de alta potencia ". Rapoport y sus socios del proyecto están optimizando actualmente el hardware y el método. Su objetivo a largo plazo es identificar las manifestaciones individuales del asma para permitir el desarrollo de planes de tratamiento personalizados .