02 okt.2023 (Nanowerk Nieuws) Een strategie voor cellulaire herprogrammering omvat het gebruik van gerichte genetische interventies om een cel in een nieuwe staat te brengen. De techniek is bijvoorbeeld veelbelovend in de immunotherapie, waarbij onderzoekers de T-cellen van een patiënt kunnen herprogrammeren, zodat ze krachtigere kankermoordenaars zijn. Op een dag zou de aanpak ook kunnen helpen bij het identificeren van levensreddende kankerbehandelingen of regeneratieve therapieën die door ziekte geteisterde organen herstellen. Maar het menselijk lichaam heeft ongeveer 20,000 genen, en een genetische verstoring kan te maken hebben met een combinatie van genen of met een van de meer dan 1,000 transcriptiefactoren die de genen reguleren. Omdat de zoekruimte enorm is en genetische experimenten duur zijn, hebben wetenschappers vaak moeite om de ideale verstoring voor hun specifieke toepassing te vinden. Onderzoekers van MIT en Harvard University hebben een nieuwe, computationele aanpak ontwikkeld die op efficiënte wijze optimale genetische verstoringen kan identificeren op basis van een veel kleiner aantal experimenten dan traditionele methoden. Hun algoritmische techniek maakt gebruik van de oorzaak-en-gevolg-relatie tussen factoren in een complex systeem, zoals genoomregulatie, om prioriteit te geven aan de beste interventie in elke ronde van opeenvolgende experimenten. De onderzoekers voerden een rigoureuze theoretische analyse uit om vast te stellen dat hun techniek inderdaad optimale interventies identificeerde. Met dat theoretische raamwerk toegepast, pasten ze de algoritmen toe op echte biologische gegevens die waren ontworpen om een cellulair herprogrammeringsexperiment na te bootsen. Hun algoritmen waren het meest efficiënt en effectief. “Te vaak worden grootschalige experimenten empirisch ontworpen. Een zorgvuldig causaal raamwerk voor opeenvolgende experimenten kan het mogelijk maken om optimale interventies met minder proeven te identificeren, waardoor de experimentele kosten worden verlaagd”, zegt co-senior auteur Caroline Uhler, hoogleraar aan de afdeling Elektrotechniek en Computerwetenschappen (EECS) en tevens mededirecteur van het Eric and Wendy Schmidt Center aan het Broad Institute of MIT en Harvard, en onderzoeker bij MIT's Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS) en Institute for Data, Systems and Society (IDSS). Samen met Uhler op het papier, dat verschijnt in Nature Machine Intelligence (“Actief leren voor optimaal interventieontwerp in causale modellen”), zijn hoofdauteur Jiaqi Zhang, een afgestudeerde student en Eric en Wendy Schmidt Center Fellow; co-senior auteur Themistoklis P. Sapsis, hoogleraar werktuigbouwkunde en oceaantechniek aan het MIT en lid van IDSS; en anderen aan Harvard en MIT.
Actief leren
Wanneer wetenschappers een effectieve interventie voor een complex systeem proberen te ontwerpen, zoals bij cellulaire herprogrammering, voeren ze experimenten vaak opeenvolgend uit. Dergelijke instellingen zijn bij uitstek geschikt voor het gebruik van een machinale leerbenadering die actief leren wordt genoemd. Er worden gegevensmonsters verzameld en gebruikt om een model van het systeem te leren waarin de tot nu toe verzamelde kennis is verwerkt. Op basis van dit model wordt een acquisitiefunctie ontworpen: een vergelijking die alle potentiële interventies evalueert en de beste kiest om in de volgende proef te testen. Dit proces wordt herhaald totdat een optimale interventie is geïdentificeerd (of de middelen om volgende experimenten te financieren opraken). "Hoewel er verschillende generieke acquisitiefuncties zijn om experimenten opeenvolgend te ontwerpen, zijn deze niet effectief voor problemen van dergelijke complexiteit, wat leidt tot een zeer langzame convergentie", legt Sapsis uit. Acquisitiefuncties houden doorgaans rekening met de correlatie tussen factoren, zoals welke genen tot co-expressie komen. Maar door alleen op correlatie te focussen, worden de regulerende relaties of de causale structuur van het systeem genegeerd. Een genetische interventie kan bijvoorbeeld alleen de expressie van stroomafwaartse genen beïnvloeden, maar een op correlatie gebaseerde benadering zou geen onderscheid kunnen maken tussen genen die zich stroomopwaarts of stroomafwaarts bevinden. “Je kunt een deel van deze causale kennis uit de data halen en die gebruiken om een interventie efficiënter te ontwerpen”, legt Zhang uit. De MIT- en Harvard-onderzoekers maakten gebruik van deze onderliggende causale structuur voor hun techniek. Ten eerste hebben ze zorgvuldig een algoritme geconstrueerd, zodat het alleen modellen van het systeem kan leren die rekening houden met causale relaties. Vervolgens ontwierpen de onderzoekers de acquisitiefunctie zodat deze automatisch interventies evalueert met behulp van informatie over deze causale relaties. Ze hebben deze functie zo ontworpen dat deze prioriteit geeft aan de meest informatieve interventies, dat wil zeggen de interventies die het meest waarschijnlijk tot de optimale interventie zullen leiden in volgende experimenten. “Door te kijken naar causale modellen in plaats van op correlaties gebaseerde modellen kunnen we bepaalde interventies al uitsluiten. Wanneer u vervolgens nieuwe gegevens krijgt, kunt u een nauwkeuriger causaal model leren en daardoor de ruimte voor interventies verder verkleinen”, legt Uhler uit. Deze kleinere zoekruimte, gekoppeld aan de speciale focus van de acquisitiefunctie op de meest informatieve interventies, maakt hun aanpak zo efficiënt. De onderzoekers verbeterden hun acquisitiefunctie verder met behulp van een techniek die bekend staat als outputweging, geïnspireerd door de studie van extreme gebeurtenissen in complexe systemen. Deze methode legt zorgvuldig de nadruk op interventies die waarschijnlijk dichter bij de optimale interventie liggen. “In wezen beschouwen we een optimale interventie als een ‘extreme gebeurtenis’ binnen de ruimte van alle mogelijke, suboptimale interventies en gebruiken we enkele van de ideeën die we voor deze problemen hebben ontwikkeld”, zegt Sapsis.Verbeterde efficiëntie
Ze testten hun algoritmen met behulp van echte biologische gegevens in een gesimuleerd cellulair herprogrammeringsexperiment. Voor deze test zochten ze naar een genetische verstoring die zou resulteren in een gewenste verschuiving in de gemiddelde genexpressie. Hun acquisitiefuncties identificeerden consequent betere interventies dan basismethoden tijdens elke stap in het meerfasenexperiment. “Als je het experiment op enig moment zou stopzetten, zou het onze nog steeds efficiënter zijn dan de basislijnen. Dit betekent dat je minder experimenten kunt uitvoeren en dezelfde of betere resultaten kunt behalen”, zegt Zhang. De onderzoekers werken momenteel samen met experimentatoren om hun techniek toe te passen op cellulaire herprogrammering in het laboratorium. Hun aanpak zou ook kunnen worden toegepast op problemen buiten de genomica, zoals het identificeren van optimale prijzen voor consumentenproducten of het mogelijk maken van optimale feedbackcontrole in toepassingen in de vloeistofmechanica. In de toekomst zijn ze van plan hun techniek voor optimalisaties te verbeteren die verder gaan dan die welke proberen een gewenst gemiddelde te evenaren. Bovendien gaat hun methode ervan uit dat wetenschappers de causale relaties in hun systeem al begrijpen, maar toekomstig werk zou ook kunnen onderzoeken hoe ze AI kunnen gebruiken om die informatie te leren.- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63752.php
- : heeft
- :is
- :niet
- :waar
- ][P
- 000
- 1
- 10
- 11
- 20
- 7
- 8
- 9
- a
- in staat
- Over
- Account
- accuraat
- acquisitie
- actieve
- toevoeging
- invloed hebben op
- AI
- algoritme
- algoritmische
- algoritmen
- Alles
- toelaten
- al
- ook
- an
- analyse
- en
- elke
- komt naar voren
- Aanvraag
- toepassingen
- toegepast
- Solliciteer
- nadering
- ZIJN
- AS
- gaat uit van
- At
- auteur
- webmaster.
- gemiddelde
- gebaseerde
- Baseline
- BE
- omdat
- BEST
- Betere
- tussen
- Verder
- lichaam
- breed
- maar
- by
- Dit betekent dat we onszelf en onze geliefden praktisch vergiftigen.
- CAN
- Kanker
- voorzichtig
- voorzichtig
- cel
- cellulair
- Centreren
- zeker
- dichterbij
- combinatie van
- complex
- ingewikkeldheid
- computer
- Computer Science
- uitgevoerd
- Overwegen
- aangezien
- consistent
- consument
- Consumentenproducten
- onder controle te houden
- Convergentie
- Correlatie
- kostbaar
- Kosten
- kon
- gepaard
- bewerkte
- Op dit moment
- Snijden
- gegevens
- Datum
- beslissing
- afdeling
- Design
- ontworpen
- gewenste
- Bepalen
- ontwikkelde
- DEED
- onderscheiden
- elk
- effectief
- doeltreffend
- efficiënt
- Elektrotechniek
- benadrukt
- waardoor
- ingenieur
- Engineering
- verhogen
- EVENTS
- Alle
- experiment
- experimenteel
- experimenten
- Verklaart
- Verken
- uitdrukking
- extreem
- factoren
- ver
- feedback
- kameraad
- minder
- VIND DE PLEK DIE PERFECT VOOR JOU IS
- Voornaam*
- vloeistof
- Focus
- gericht
- Voor
- Achtergrond
- oppompen van
- functie
- functies
- fonds
- verder
- toekomst
- verzameld
- genoom
- genomics
- krijgen
- afstuderen
- groot
- harvard
- Harvard University
- Hebben
- hulp
- houdt
- Hoe
- How To
- HTTPS
- menselijk
- ideaal
- ideaal
- ideeën
- geïdentificeerd
- identificeren
- het identificeren van
- immunotherapie
- verbeterd
- in
- omvat
- informatie
- leerzaam
- geinspireerd
- instantie
- verkrijgen in plaats daarvan
- Instituut
- tussenkomst
- interventies
- in
- gaat
- IT
- aansluiting
- jpg
- moordenaars
- kennis
- bekend
- laboratorium
- laboratorium
- grootschalig
- leiden
- leidend
- LEARN
- leren
- benut
- hefbomen
- als
- Waarschijnlijk
- machine
- MERKEN
- Match
- Mei..
- gemiddelde
- betekenis
- middel
- mechanisch
- mechanica
- lid
- methode
- methoden
- MIT
- model
- modellen
- meer
- efficiënter
- meest
- veel
- New
- volgende
- aantal
- oceaan
- of
- korting
- vaak
- on
- EEN
- Slechts
- optimale
- or
- Overig
- uit
- uitgang
- buiten
- over
- Papier
- bijzonder
- uitvoeren
- picks
- plaats
- plan
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- mogelijk
- potentieel
- Prijzen
- prioriteren
- prioriteert
- problemen
- Producten
- Hoogleraar
- belofte
- vast
- vermindering
- herstellend
- Reguleren
- Regulatie
- regelgevers
- verwantschap
- Relaties
- reparatie
- herhaald
- onderzoeker
- onderzoekers
- Resources
- resultaat
- Resultaten
- streng
- ronde
- Regel
- lopen
- dezelfde
- zegt
- Wetenschap
- wetenschappers
- Ontdek
- Zoeken
- settings
- verscheidene
- verschuiving
- traag
- kleinere
- So
- dusver
- Maatschappij
- sommige
- someday
- gezocht
- Tussenruimte
- special
- Stadium
- Land
- Stap voor
- Still
- Strategie
- structuur
- Student
- Studie
- volgend
- dergelijk
- system
- Systems
- doelgerichte
- proef
- getest
- neem contact
- dat
- De
- De toekomst
- hun
- harte
- theoretisch
- therapieën
- Er.
- daarbij
- Deze
- ze
- dit
- die
- Door
- naar
- in de richting van
- traditioneel
- behandelingen
- proces
- proeven
- proberen
- typisch
- die ten grondslag liggen
- begrijpen
- universiteit-
- tot
- .
- gebruikt
- gebruik
- groot
- zeer
- Bekijk
- we
- GOED
- waren
- Wat
- wanneer
- telkens als
- welke
- WIE
- Met
- binnen
- Mijn werk
- werkzaam
- zou
- u
- zephyrnet
- zhang