02 okt 2023 (Nanowerk Nyheter) En strategi för cellulär omprogrammering innebär att man använder riktade genetiska ingrepp för att konstruera en cell till ett nytt tillstånd. Tekniken lovar mycket inom immunterapi, till exempel, där forskare kan programmera om en patients T-celler så att de är mer potenta cancerdödare. En dag kan tillvägagångssättet också hjälpa till att identifiera livräddande cancerbehandlingar eller regenerativa terapier som reparerar sjukdomshärjade organ. Men människokroppen har cirka 20,000 1,000 gener, och en genetisk störning kan bero på en kombination av gener eller på någon av de över XNUMX XNUMX transkriptionsfaktorer som reglerar generna. Eftersom sökutrymmet är stort och genetiska experiment är kostsamma, kämpar forskare ofta för att hitta den perfekta störningen för deras specifika tillämpning. Forskare från MIT och Harvard University utvecklade en ny, beräkningsmetod som effektivt kan identifiera optimala genetiska störningar baserat på ett mycket mindre antal experiment än traditionella metoder. Deras algoritmiska teknik utnyttjar orsak-och-verkan-relationen mellan faktorer i ett komplext system, såsom genomreglering, för att prioritera den bästa interventionen i varje omgång av sekventiella experiment. Forskarna genomförde en rigorös teoretisk analys för att fastställa att deras teknik verkligen identifierade optimala interventioner. Med det teoretiska ramverket på plats, tillämpade de algoritmerna på verkliga biologiska data utformade för att efterlikna ett cellulärt omprogrammeringsexperiment. Deras algoritmer var de mest effektiva och effektiva. ”Alltför ofta utformas storskaliga experiment empiriskt. Ett noggrant kausalt ramverk för sekventiell experimentering kan göra det möjligt att identifiera optimala interventioner med färre försök, och därigenom minska experimentella kostnader”, säger medförfattare Caroline Uhler, professor vid institutionen för elektroteknik och datavetenskap (EECS) som också är meddirektör. av Eric och Wendy Schmidt Center vid Broad Institute of MIT och Harvard, och en forskare vid MIT:s Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS) och Institute for Data, Systems and Society (IDSS). Följer med Uhler på tidningen, som dyker upp i Nature Machine Intelligence ("Aktivt lärande för optimal interventionsdesign i kausala modeller"), är huvudförfattaren Jiaqi Zhang, en doktorand och Eric och Wendy Schmidt Center Fellow; co-senior författare Themistoklis P. Sapsis, professor i mekanisk och havsteknik vid MIT och medlem av IDSS; och andra vid Harvard och MIT.
Aktivt lärande
När forskare försöker designa en effektiv intervention för ett komplext system, som i cellulär omprogrammering, utför de ofta experiment sekventiellt. Sådana inställningar är idealiska för användning av en maskininlärningsmetod som kallas aktiv inlärning. Dataprover samlas in och används för att lära sig en modell av systemet som innehåller den kunskap som hittills samlats in. Från denna modell designas en förvärvsfunktion - en ekvation som utvärderar alla potentiella ingrepp och väljer den bästa att testa i nästa försök. Denna process upprepas tills en optimal intervention har identifierats (eller resurser för att finansiera efterföljande experiment tar slut). "Även om det finns flera generiska förvärvsfunktioner för att sekventiellt utforma experiment, är dessa inte effektiva för problem av sådan komplexitet, vilket leder till mycket långsam konvergens," förklarar Sapsis. Förvärvsfunktioner tar vanligtvis hänsyn till korrelation mellan faktorer, såsom vilka gener som samuttrycks. Men att bara fokusera på korrelation ignorerar systemets reglerande samband eller orsaksstruktur. Till exempel kan en genetisk intervention endast påverka uttrycket av nedströmsgener, men ett korrelationsbaserat tillvägagångssätt skulle inte kunna skilja mellan gener som är uppströms eller nedströms. "Du kan lära dig en del av denna kausala kunskap från data och använda den för att utforma en intervention mer effektivt," förklarar Zhang. Forskarna från MIT och Harvard utnyttjade denna underliggande orsaksstruktur för sin teknik. Först konstruerade de noggrant en algoritm så att den bara kan lära sig modeller av systemet som redogör för orsakssamband. Sedan designade forskarna förvärvsfunktionen så att den automatiskt utvärderar interventioner med hjälp av information om dessa orsakssamband. De skapade den här funktionen så att den prioriterar de mest informativa interventionerna, vilket innebär de som mest sannolikt leder till den optimala interventionen i efterföljande experiment. ”Genom att överväga kausala modeller istället för korrelationsbaserade modeller kan vi redan utesluta vissa interventioner. Sedan, närhelst du får nya data, kan du lära dig en mer exakt orsaksmodell och därigenom ytterligare krympa utrymmet för interventioner”, förklarar Uhler. Detta mindre sökutrymme, tillsammans med förvärvsfunktionens speciella fokus på de mest informativa insatserna, är det som gör deras tillvägagångssätt så effektivt. Forskarna förbättrade sin inhämtningsfunktion ytterligare med en teknik som kallas utviktning, inspirerad av studiet av extrema händelser i komplexa system. Denna metod betonar noggrant insatser som sannolikt ligger närmare den optimala interventionen. "I huvudsak ser vi en optimal intervention som en "extrem händelse" inom utrymmet för alla möjliga, suboptimala interventioner och använder några av de idéer vi har utvecklat för dessa problem, säger Sapsis.Förbättrad effektivitet
De testade sina algoritmer med riktiga biologiska data i ett simulerat cellulärt omprogrammeringsexperiment. För detta test sökte de en genetisk störning som skulle resultera i en önskad förändring i genomsnittligt genuttryck. Deras förvärvsfunktioner identifierade konsekvent bättre interventioner än baslinjemetoder genom varje steg i flerstegsexperimentet. "Om du avbryter experimentet i något skede, skulle vårt fortfarande vara mer effektivt än baslinjerna. Det betyder att du kan köra färre experiment och få samma eller bättre resultat, säger Zhang. Forskarna arbetar för närvarande med experimentalister för att tillämpa sin teknik mot cellulär omprogrammering i labbet. Deras tillvägagångssätt skulle också kunna tillämpas på problem utanför genomik, som att identifiera optimala priser för konsumentprodukter eller möjliggöra optimal återkopplingskontroll i vätskemekaniska tillämpningar. I framtiden planerar de att förbättra sin teknik för optimeringar utöver de som försöker matcha ett önskat medelvärde. Dessutom antar deras metod att forskare redan förstår orsakssambanden i deras system, men framtida arbete kan utforska hur man använder AI för att lära sig den informationen också.- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63752.php
- : har
- :är
- :inte
- :var
- ][s
- 000
- 1
- 10
- 11
- 20
- 7
- 8
- 9
- a
- Able
- Om oss
- Konto
- exakt
- förvärv
- aktiv
- Dessutom
- påverka
- AI
- algoritm
- algoritmisk
- algoritmer
- Alla
- tillåter
- redan
- också
- an
- analys
- och
- vilken som helst
- visas
- Ansökan
- tillämpningar
- tillämpas
- Ansök
- tillvägagångssätt
- ÄR
- AS
- antar
- At
- Författaren
- automatiskt
- genomsnitt
- baserat
- Baslinje
- BE
- därför att
- BÄST
- Bättre
- mellan
- Bortom
- kropp
- bred
- men
- by
- kallas
- KAN
- Cancer
- noggrann
- försiktigt
- cellen
- cellulär
- Centrum
- vissa
- närmare
- kombination
- komplex
- Komplexiteten
- dator
- Datavetenskap
- genomfördes
- Tänk
- med tanke på
- konsekvent
- Konsumenten
- Konsumentprodukter
- kontroll
- Konvergens
- Korrelation
- kostsam
- Kostar
- kunde
- kopplad
- tillverkad
- För närvarande
- Klipp
- datum
- Datum
- Beslutet
- Avdelning
- Designa
- utformade
- önskas
- Bestämma
- utvecklade
- DID
- skilja på
- varje
- Effektiv
- effektiv
- effektivt
- elektroteknik
- betonar
- möjliggör
- ingenjör
- Teknik
- förbättra
- händelser
- Varje
- experimentera
- experimentell
- experiment
- Förklarar
- utforska
- Uttrycket
- extrem
- faktorer
- långt
- återkoppling
- Kompis
- färre
- hitta
- Förnamn
- vätska
- Fokus
- fokusering
- För
- Ramverk
- från
- fungera
- funktioner
- fond
- ytterligare
- framtida
- samlade ihop
- Genome
- genomik
- skaffa sig
- uppgradera
- stor
- Harvard
- Harvard Universitet
- Har
- hjälpa
- innehar
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- HTTPS
- humant
- idealisk
- idealt
- idéer
- identifierade
- identifiera
- identifiera
- immunterapi
- förbättras
- in
- inkorporerar
- informationen
- informativ
- inspirerat
- exempel
- istället
- Institute
- ingripande
- interventioner
- in
- innebär
- IT
- sammanfogning
- jpg
- mördare
- kunskap
- känd
- lab
- laboratorium
- storskalig
- leda
- ledande
- LÄRA SIG
- inlärning
- belånade
- hävstångs
- tycka om
- sannolikt
- Maskinen
- GÖR
- Match
- Maj..
- betyda
- betyder
- betyder
- mekanisk
- mekanik
- medlem
- metod
- metoder
- MIT
- modell
- modeller
- mer
- mer effektiv
- mest
- mycket
- Nya
- Nästa
- antal
- hav
- of
- sänkt
- Ofta
- on
- ONE
- endast
- optimala
- or
- Övrigt
- ut
- produktion
- utanför
- över
- Papper
- särskilt
- utföra
- Picks
- Plats
- Planen
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- möjlig
- potentiell
- Priser
- Prioritera
- prioriterar
- problem
- process
- Produkter
- Professor
- löfte
- verklig
- reducerande
- regenerativ
- Reglera
- reglering
- regulatorer
- relation
- Förhållanden
- reparation
- upprepade
- forskaren
- forskare
- Resurser
- resultera
- Resultat
- rigorös
- rund
- Regel
- Körning
- Samma
- säger
- Vetenskap
- vetenskapsmän
- Sök
- Seek
- inställningar
- flera
- skifta
- långsam
- mindre
- So
- än så länge
- Samhället
- några
- någon dag
- eftersträvas
- Utrymme
- speciell
- Etapp
- Ange
- Steg
- Fortfarande
- Strategi
- struktur
- Kamp
- student
- Läsa på
- senare
- sådana
- system
- System
- riktade
- testa
- testade
- än
- den där
- Smakämnen
- Framtiden
- deras
- sedan
- teoretiska
- terapier
- Där.
- vari
- Dessa
- de
- detta
- de
- Genom
- till
- mot
- traditionell
- behandlingar
- rättegång
- försök
- prova
- typiskt
- underliggande
- förstå
- universitet
- tills
- användning
- Begagnade
- med hjälp av
- Omfattande
- mycket
- utsikt
- we
- VÄL
- były
- Vad
- när
- närhelst
- som
- VEM
- med
- inom
- Arbete
- arbetssätt
- skulle
- dig
- zephyrnet
- zhang