Células virtuais construídas a partir de modelos de IA 4D e “gêmeos digitais” poderiam acelerar a descoberta de medicamentos

As mitocôndrias, estruturas minúsculas que convertem nutrientes em energia, são frequentemente representadas como objetos discretos em forma de feijão. Como as redes mitocondriais mudam de forma com base na saúde celular, elas podem ser usadas como marcadores de doenças ou para testar novos tratamentos.

Ambas as abordagens usam microscopia de folha de luz em rede 4D, uma técnica avançada que captura como as mitocôndrias e outras estruturas se movem em três dimensões ao longo do tempo. Uma abordagem treinou um modelo de inteligência artificial (IA) de aprendizagem profunda em 40.000 filmes 4D de células tratadas com medicamentos para prever a saúde celular apenas a partir da forma mitocondrial.

O outro construiu um “gêmeo digital” de uma célula viva a partir de um filme 4D, definindo um conjunto de regras sobre como suas organelas (minúsculas estruturas internas) se comportam e implementando essas regras em um modelo baseado na física. Os pesquisadores trataram células cancerígenas com 25 compostos diferentes conhecidos por perturbar as mitocôndrias através de diferentes mecanismos, produzindo 40 mil filmes 4D unicelulares.

O modelo foi capaz de prever o estado energético da célula com base apenas na forma e no movimento das suas mitocôndrias em 26 condições medicamentosas. Quando treinado em filmes 4D, o modelo distinguiu as drogas e as agrupou por mecanismo com 75% de precisão, em comparação com 56% de precisão quando treinado nas imagens planas 2D comuns hoje em telas de drogas em grande escala.

As células virtuais precisam ser construídas com base em dados que capturem esse fato. " Usar o MitoSpace com filmes 4D poderia acelerar a descoberta de novos tratamentos para doenças e revelar novos usos para medicamentos existentes. Descubra o que há de mais recente em ciência, tecnologia e espaço com mais de 100.000 assinantes que confiam no Phys. org para obter insights diários.

Usando um software especializado de análise de imagens, eles mapearam as posições das mitocôndrias e dos caminhos dos microtúbulos pelos quais elas viajam e, em seguida, adicionaram as proteínas motoras que as transportam de acordo com taxas previamente estabelecidas.

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