Алгоритм искусственного интеллекта может определить неинвазивно, с точностью около 70 процентов, имеет ли эмбрион, оплодотворенный in vitro, нормальное или аномальное количество хромосом, согласно новому исследованию, проведенному исследователями из Weill Cornell Medicine.

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 в статье, опубликованной 19 декабря в журнале Lancet Digital Health , может помочь предсказать анеуплоидию без недостатков 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.

Первым автором исследования является Джосу Барнс, докторант Высшей школы медицинских наук Вейла Корнелла, который учится в лаборатории Хаджирасулиха. Эмбриологическую работу возглавляла доктор Никица Занинович, адъюнкт-профессор эмбриологии в области клинического акушерства и гинекологии и директор лаборатории эмбриологии в Центре репродуктивной медицины Рональда О. Перельмана и Клаудии Коэн в Weill Cornell Medicine и NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. для исследования.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США, 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 , чтобы 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 70 процентов (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», — сказал соавтор доктор Оливье Элементо, директор Института точной медицины Англии и профессор физиологии и биофизики, а также вычислительной геномики в вычислительной биомедицине в Weill Cornell Medicine.

«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. — сказал доктор Занинович.

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. — руководитель Центра репродуктивной медицины Рональда О. Перельмана и Клаудии Коэн в NewYork-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center и Weill Cornell Medicine, а также заслуженный профессор Revlon репродуктивной медицины в акушерстве и гинекологии в Weill Cornell Medicine. «Но мы понимаем, что эта цель является амбициозной».