Objev lékařů z IKEM zjednoduší transplantaci slinivky

Vedle již plně zavedené transplantace pankreatu se dnes nabízí také pro pacienta jednodušší možnost – transplantace samotných Langerhansových ostrůvků, kde se v pankreatu inzulin tvoří. Nový výzkum odborníků z pražského Institutu klinické a experimentální medicíny by měl komplikovaný proces zjednodušit.

Nejprve trocha teorie
K pochopení důležitosti nového objevu lékařů z kliniky diabetologie IKEM, pod vedením přednosty prof. MUDr. Františka Saudka, CSc., je třeba trocha teorie z oblasti diabetologie. Jak vysvětluje jeho kolega, MUDr. David Habart, Ph.D., „otec“ metody s názvem IsletNet, diabetikům 1. typu chybí takzvané β-buňky, které mají v každém okamžiku uvolňovat do krve náležité množství inzulinu.

Inzulinové pumpy, které se používají pro kompenzaci diabetu, jsou propojené se senzory sledující hladinu glukózy. Díky tomu čím dál lépe umožňují absenciβ-buněk kompenzovat. V mnoha případech je ale jedinou možností, jak diabetes vyléčit, transplantace β-buněk nemocnému. Jsou totiž schopné mnohem lépe reagovat na aktuální potřebu inzulinu. „V IKEM řadu let transplantujeme β-buňky zemřelých dárců, a to buď ve formě celého orgánu slinivky břišní nebo ve formě Langerhansových ostrůvků izolovaných ze slinivky břišní,“ říká David Habart.

Izolace Langerhansových ostrůvků ze slinivky je komplikovaný proces, který trvá řadu hodin, obvykle nočních. Ostrůvky totiž tvoří asi jen jedno procento celkové tkáně slinivky. Klíčovým krokem je proto oddělení ostrůvků od zbytků nepotřebné tkáně slinivky. „Výsledkem je tkáňová suspenze obsahující statisíce ostrůvků s cennými β-buňkami a různě velkou příměsí nepotřebné tkáně slinivky. A na závěr je pochopitelně nutno ostrůvky spočítat,“ popisuje Habart. A to je pracný a zdlouhavý problém, který chtěli lékaři vyřešit.

Strojové učení pomáhá počítat ostrůvky
Pro úspěch transplantace je nezbytná znalost množství ostrůvků a jejich objemů. Ostrůvky mají různé tvary a různou velikost. V současné době se počítají tak, že operátor odebere vzorek, obarví jej rychlým barvením a v mikroskopu si jeden ostrůvek po druhém přikládá k mikroskopickému měřítku, aby jej přiřadil k odpovídající velikostní kategorii. Následně ostrůvky v jednotlivých kategoriích sečte a podle jednoduché rovnice odhadne jejich celkový objem. „Tento postup je pracný, subjektivní zároveň a neposkytuje možnost zpětné kontroly. Proto se s rozvojem počítačů během posledních 30 let několik pracovišť pokusilo počítání ostrůvků automatizovat, ale dosud bez velkého úspěchu. Žádný postup nebyl natolik spolehlivý, aby se rozšířil mezi více centry,“ vysvětluje komplikovanost problému Habart.

V IKEM se proto znovu pokusili tento problém vyřešit. Přizvali k tomu specialisty mnoha odborností, včetně biologů, matematiků a lékařů, a firmy specializující se na umělou inteligenci. Dosavadní problémy s počítáním se jim nakonec podařilo vyřešit pomocí několika přístupů. V první řadě zapojili takzvanou techniku strojového učení. S využitím neuronových sítí se jim přístroje podařilo natrénovat tak, aby na barevném obrázku přesně identifikovaly ostrůvek od pozadí a zbytkové tkáně. K tomu využili zjednodušeně řečeno databázi mikroskopických obrázků β-buněk, kterou k tomuto účelu postupně rozšiřují podle skutečných 3D tvarů ostrůvků. Na dalším vylepšení spolupracují odborníci z IKEM s kolegy z Oddělení biomatematiky Fyziologického ústavu Akademie věd.

Jak se nyní objev používá?
Prostřednictvím webu mohou jednotlivá světová centra, která provádějí izolace Langerhansových ostrůvků, zaslat on-line aktuální fotografie z průběhu izolace a systém je pak automaticky vyhodnotí. Díky tomu pracoviště získá téměř okamžitě přehledné informace o počtu a kvalitě „svých“ ostrůvků ještě před transplantací. „Webovou službu jsme nazvali IsletNet, neboť si klade za cíl spojit pracoviště izolující a transplantující ostrůvky ve světě a nakonec sloužit jako společný standard, s jehož pomocí bude možné přímo porovnávat postupy jednotlivých center,“ popisuje Habart.

V současné době se do projektu zapojilo devět center v Evropě a v USA a počet zájemců zvolna roste. IsletNet má v sobě zabudovaný modul pro vlastní kontrolu, kde si každé centrum může nezávisle porovnat výsledek IsletNetu s výsledkem získaným dosavadním postupem. „V IKEM jsme v letošním roce začali IsletNet testovat v rutinním použití. Ostatní centra jednak zaslala své vlastní obrázky pro trénování sítě, jednak svými požadavky stimulují další vývoj IsletNetu,“ uzavírá David Habart z kliniky diabetologie IKEM.