A asma é uma das doenças respiratórias mais comuns em todo o mundo, afetando mais de 235 milhões de pacientes. Freqüentemente, é mais difícil de diagnosticar em crianças do que em adultos. Um diagnóstico precoce é especialmente importante para as crianças, a fim de prevenir ataques graves da doença. Uma equipe de pesquisadores do Fraunhofer Research Institution for Marine Biotechnology and Cell Technology EMB uniu forças com algumas empresas de alta tecnologia para desenvolver um teste rápido que requer apenas uma gota de sangue para diagnosticar asma. Para fazer isso, os parceiros usam aprendizado de máquina.

Dispneia, falta de ar e tosse são apenas alguns dos sintomas potenciais da asma. As pessoas afetadas sofrem ataques repentinos de constrição brônquica. Identificar a doença rapidamente é crucial, como essa é a única maneira de diminuir a ameaça de ataques de asma, o que pode até ser fatal. É particularmente importante identificar a doença precocemente em crianças para intervir rapidamente e aliviar os sintomas. Contudo, diagnosticar crianças é mais complicado e tedioso do que diagnosticar adultos. Alguns dos métodos de teste que envolvem soprar em um tubo não podem ser usados ​​por crianças pequenas. Testes de função pulmonar demorados só podem ser realizados a partir dos quatro ou cinco anos de idade. Abordar esta questão, A Fraunhofer EMB se associou à Pattern Recognition Company e à Raytrix GmbH no projeto "KillAsthma" patrocinado pelo estado federal alemão de Schleswig-Holstein. Espera-se que um novo teste rápido retorne um achado após apenas 60 a 90 minutos - e tudo o que é necessário para diagnosticar a asma é uma gota de sangue e as células imunológicas que ela contém.

Análise de células imunes baseada em IA

O perfil de movimento das células sanguíneas dos asmáticos difere do de indivíduos saudáveis. "Em pacientes com asma, as células imunes se movem muito mais lentamente na presença de um estímulo inflamatório, "explica o Dr. Daniel Rapoport, chefe do Grupo de Trabalho em Tecnologia Celular da Fraunhofer EMB. A equipe de pesquisadores baseia-se nesse conhecimento para desenvolver o conjunto de teste. A ideia é observar as células imunológicas na gota de sangue em um microscópio holográfico especialmente desenvolvido por cerca de 90 minutos e, com base em seu padrão de movimento, para avaliar se o paciente tem asma. O microscópio, também conhecido como scanner de célula, habilita automático, rastreamento de células tridimensionais em tempo real.

A inteligência artificial (IA) desempenha um papel fundamental aqui, reconhecer padrões característicos nos padrões de movimento complexos de milhares de células. Mas como a tecnologia funciona em detalhes? O sangue e uma substância que desencadeia o estímulo inflamatório são colocados em um cartucho microfluídico e, em seguida, colocados no microscópio miniaturizado, que compreende um LED e um sensor de imagem CMOS óptico que está vinculado ao software de computador. As imagens são avaliadas usando algoritmos especialmente desenvolvidos. "Podemos observar 2.000 a 3.000 células simultaneamente, garantindo alta precisão estatística, "diz Rapoport. Os padrões de movimento identificados são então transferidos para uma rede neural. Algoritmos de autoaprendizagem analisam os padrões de movimento das células sanguíneas e calculam o índice de diagnóstico." A IA nos permite identificar desvios nos padrões. Usamos algoritmos de autoaprendizagem para capturar essas diferenças. Dados de treinamento extensivos ajudam as redes neurais a reconhecer padrões e distinguir entre os perfis de pessoas que sofrem de asma e indivíduos saudáveis. "

Estendendo o método a outras doenças

Pode-se concluir que a IA também é capaz de aprender outros desvios da norma. "Nosso método também pode ser usado para analisar outras doenças. Isso é especialmente verdadeiro para doenças inflamatórias crônicas e autoimunes, como a doença de Crohn, colite ulcerativa e reumatismo. Diagnosticar essas condições é um longo, processo tedioso e pode ser consideravelmente acelerado com um teste rápido personalizado, "diz o pesquisador baseado em Lübeck." Os testes iniciais foram concluídos com sucesso. A avaliação da imagem mostrou que nosso microscópio holográfico é superior a um microscópio de alta potência. "Rapoport e seus parceiros de projeto estão atualmente otimizando o hardware e o método. Seu objetivo a longo prazo é identificar manifestações individuais de asma para permitir o desenvolvimento de planos de tratamento personalizados .