医学が大きく進歩してきたことは疑いようがありません。人体の仕組みについて、これまでになく多くのことが分かっています。
しかし、体内を観察することには、依然として課題があります。体の働きを垣間見ることのできる画像検査や染色、顕微鏡はありますが、得られる情報は限られています。さらに、そもそも医師や研究者が観察しようとしている細胞を傷つけたり、変化させたりすることもあります。
病気と闘う個々の細胞で何が起きているのかを正確に見るのは、とりわけ困難です。そのため、患者を回復させるには何が必要かを突き止めるのも難しくなります。
個々の細胞で何が起きているのかをより詳しく把握するため、アレン研究所の研究者たちは人工知能を活用しました。細胞内にあるさまざまな構成要素や構造がどのように収まり、連携して働くのかを示す、人間の細胞の初の完全な3Dモデルを作成するためです。
このモデルは、典型的なヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）がどのように見えるかを示しています（研究者たちは、細胞内のさまざまな構造に標識を付けながら複製していたため、hiPSCを選びました）。このモデルを生成するAIを訓練するため、研究者たちは何千もの細胞を詳細にスキャンしました。そのデータを用いたオンラインツールは無料で一般公開されており、3万2,000個の細胞を3Dで見ることができます。
この情報をもとに、AIは細胞内の各小器官、つまり内部構成要素がどこに存在する可能性が最も高いか、また細胞の他の部分とどのように関係しているかを予測するモデルを生成しました。顕微鏡画像を与えれば、このモデルは新たな細胞でも小器官がどこにあるかを予測できます。
研究者たちはさらに、細胞の大きさや形、核の位置を与えると、同じ小器官がどこにあると考えられるかを最善の推測で示す確率モデルも、AIを使って作成しました。
これらのモデルは、がんなどの病気が個々の細胞に及ぼす影響を詳しく見られるため、医師や科学者に役立ちます。がん細胞のデータや画像をAIに入力すれば、細胞やその構成要素がどのような影響を受けているかを、より包括的に把握できます。そして、そのことは、病気に合わせた治療によって、医師が各患者をどのように支援できるかを示す手がかりになります。
アレン研究所のチームは、自らのツールが医学研究の機会を広く行き渡らせ、医療が行き届いていない地域の医療を改善する助けになることを期待しています。そのため研究者たちは、より完全なモデルを作るなど、ツールの改善に取り組んでいます。NPRによるとNPR、より多くの細胞のモデルを収めた、さらに充実したデータベースを今後数か月以内に公開したいと考えています。
