Η UK Biobank ολοκληρώνει το μεγαλύτερο έργο σάρωσης ολόκληρου σώματος στον κόσμο

Σε ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα που ήδη επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο ανιχνεύουμε και διαγιγνώσκουμε ασθένειες, η UK Biobank ολοκλήρωσε το μεγαλύτερο έργο σάρωσης ολόκληρου του σώματος στον κόσμο, σαρώνοντας τον εγκέφαλο, την καρδιά, την κοιλιά, τα αιμοφόρα αγγεία, τα οστά και τις αρθρώσεις 100.000 εθελοντών. Αυτές οι σαρώσεις, που πραγματοποιούνται σε αυτή την κλίμακα, μας δείχνουν τι συμβαίνει στο σώμα των ανθρώπων καθώς μεγαλώνουν, ώστε να μπορούμε να κατανοήσουμε πώς, γιατί και πότε αρρωσταίνουμε.

Από το 2015, τα δεδομένα απεικόνισης της UK Biobank έχουν δημοσιευτεί σε παρτίδες, με επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να χρησιμοποιούν τα δεδομένα για να αναπτύξουν καλύτερες διαγνωστικές εξετάσεις για απειλητικές για τη ζωή παθήσεις, όπως οι καρδιακές παθήσεις, η άνοια και ο καρκίνος. Σύντομα, εγκεκριμένοι ερευνητές θα έχουν πρόσβαση σε περισσότερες από ένα δισεκατομμύριο ανώνυμες εικόνες από 100.000 εθελοντές. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, σε συνδυασμό με τις υπάρχουσες πληροφορίες της UK Biobank σχετικά με τον τρόπο ζωής, το ιατρικό ιστορικό, τη γενετική και τις πρωτεΐνες του αίματος που έχουν συλλεχθεί από τους ίδιους εθελοντές τα τελευταία 15 χρόνια, αυτά τα δεδομένα απεικόνισης επιτρέπουν στους ερευνητές να δουν, με τρόπους που ήταν προηγουμένως αδύνατοι, πώς όλες οι πτυχές της ζωής μας επηρεάζουν την υγεία μας.

Μέχρι σήμερα, έχουν δημοσιευτεί περισσότερες από 1.300 επιστημονικές εργασίες με αξιολόγηση από ομότιμους, χρησιμοποιώντας δεδομένα απεικόνισης από την UK Biobank. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας βελτιώνουν ήδη τη φροντίδα στο NHS και πέραν αυτού. Για παράδειγμα:

• Τα νοσοκομεία μνήμης του NHS σε όλο το Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποιούν πλέον διαδικασίες που αναπτύχθηκαν από την UK Biobank για την ανάλυση εικόνων μαγνητικής τομογραφίας του εγκεφάλου, συμβάλλοντας στην ακριβέστερη διάγνωση της άνοιας.
• Η καρδιολογική περίθαλψη έχει βελτιωθεί σε περισσότερες από 90 χώρες, καθώς οι γιατροί χρησιμοποιούν ένα εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης που αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα της UK Biobank για να αναλύουν καρδιακές σαρώσεις σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο - από σχεδόν ένα τέταρτο της ώρας προηγουμένως - επιτρέποντάς τους να επικεντρωθούν σε εκείνες τις περιπτώσεις που απαιτούν τη μεγαλύτερη προσοχή.

Μετά από 11 χρόνια εργασίας, 100.000 συνεδρίες σάρωσης, διάρκειας περίπου 5 ωρών η καθεμία, και μια επένδυση άνω των 60 εκατομμυρίων λιρών, η UK Biobank έφτασε σε αυτό το σημαντικό ορόσημο.

Η πρωτοφανής κλίμακα αυτού του έργου απεικόνισης – περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από οτιδήποτε έχει υπάρξει ποτέ πριν – επιτρέπει στους επιστήμονες να βλέπουν μοτίβα σε ασθένειες που διαφορετικά θα ήταν μη ανιχνεύσιμες. Η συλλογή σαρώσεων από 100.000 εθελοντές φαινόταν σαν άπιαστο όνειρο... ορισμένοι ειδικοί μάλιστα ρώτησαν αν είχαμε προσθέσει ένα επιπλέον μηδέν κατά λάθος! Αυτό το τεράστιο έργο απεικόνισης κάνει το αόρατο ορατό. Επιπλέον, συνδυάζοντας αυτές τις εικόνες διαφορετικών μερών του σώματος με όλες τις γενετικές και ζωτικές πληροφορίες από τους εθελοντές μας, οι επιστήμονες κατανοούν πολύ καλύτερα τον τρόπο λειτουργίας του σώματός μας.

Σερ Ρόρι Κόλινς, Καθηγητής, Κύριος Ερευνητής και Διευθύνων Σύμβουλος, UK Biobank

Κατά τη διάρκεια κάθε συνεδρίας, συλλέχθηκαν περισσότερες από 12.000 εικόνες μαγνητικής τομογραφίας του εγκεφάλου, της καρδιάς και της κοιλιάς από κάθε άτομο, καθώς και σαρώσεις ολόκληρου του σώματος για τη μέτρηση της οστικής πυκνότητας και του σωματικού λίπους, καθώς και υπερηχογραφική σάρωση των καρωτιδικών αρτηριών. Κάθε εθελοντής παρείχε επίσης τις ίδιες λεπτομερείς πληροφορίες που είχε όταν συμμετείχε για πρώτη φορά στο UK Biobank πριν από σχεδόν 15 χρόνια, συμπεριλαμβανομένων δεδομένων για τον τρόπο ζωής, σωματικών χαρακτηριστικών (όπως ύψος, βάρος και δύναμη λαβής) και δείγματος αίματος.

«Εγγράφηκα για την εξέταση επειδή θέλω να βοηθήσω στη δημιουργία ενός πιο υγιούς μέλλοντος για όλους μας. Γι' αυτό έγινα εθελόντρια της UK Biobank πριν από 15 χρόνια – για να υπηρετήσω τους επιστήμονες που εργάζονται τόσο σκληρά για τις μελλοντικές γενιές», δήλωσε η Alison, μέλος της Συμβουλευτικής Ομάδας Συμμετεχόντων της UK Biobank.

Τα δεδομένα απεικόνισης σε αυτήν την κλίμακα παρέχουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με σπάνιες ασθένειες και διαφορετικά στάδια κοινών ασθενειών. Οι επιστήμονες μπορούν επίσης να συγκρίνουν καλύτερα υγιή σώματα με άτομα με πολλαπλές ασθένειες, επιτρέποντάς τους τελικά να βρουν πιο ισχυρούς δείκτες ασθενειών.

«Η μελέτη απεικόνισης της UK Biobank άλλαξε για πάντα το τοπίο της βιοϊατρικής έρευνας. Ο τεράστιος όγκος δεδομένων επέτρεψε σημαντικές ανακαλύψεις στην ηλεκτρονική ανάλυση εικόνας. Οι ερευνητές μπορούν πλέον να μετρήσουν το μέγεθος, το σχήμα και τη σύνθεση σχεδόν κάθε οργάνου και ιστού στο σώμα σε δευτερόλεπτα αντί για ώρες ανά άτομο», δήλωσε η καθηγήτρια Louise Thomas, καθηγήτρια μεταβολικής απεικόνισης στο Πανεπιστήμιο του Westminster.

Εκτός από τα οφέλη που ήδη ωφελούν τους ασθενείς σήμερα, αυτά τα δεδομένα απεικόνισης αποτελούν κίνητρο για τη βασική επιστήμη που θα πρέπει να οδηγήσει σε νέες διαγνωστικές εξετάσεις και θεραπείες. Μεταξύ αυτών των εξελίξεων:

• Ανάπτυξη ενός μοντέλου τεχνητής νοημοσύνης που δημιουργεί μια εξατομικευμένη εκδοχή μιας υγιούς καρδιάς (με βάση την ηλικία, το φύλο, το βάρος και το ύψος ενός ατόμου) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διαφορών μεταξύ της πραγματικής καρδιάς ενός ασθενούς και του μοντέλου υγιούς καρδιάς και την ανίχνευση πρώιμων σημείων καρδιακών παθήσεων.
• Η ανακάλυψη ότι τα όργανά μας μπορεί να είναι βιολογικά παλαιότερα από τη χρονολογική μας ηλικία θα επιτρέψει στους γιατρούς να δουν, μέσω σαρώσεων σώματος και κλινικών δεδομένων, ποια όργανα κινδυνεύουν να αναπτύξουν ασθένειες και να βρουν τρόπους για να το αποτρέψουν αυτό, παρατείνοντας τελικά τη ζωή.
• Ανακάλυψη νέων συνδέσεων μεταξύ της καρδιάς και του εγκεφάλου. Για παράδειγμα, πώς οι δομικές αλλαγές στην καρδιά αυξάνουν τον κίνδυνο ψυχικών διαταραχών, συμπεριλαμβανομένης της κατάθλιψης. Αυτό είναι σημαντικό για την κατανόηση των εγκεφαλικών παθήσεων.
• Επίδειξη του πώς μια επεμβατική χειρουργική επέμβαση μπορεί να αντικατασταθεί από μαγνητική τομογραφία για τη διάγνωση και την παρακολούθηση μιας κοινής νόσου, της λιπώδους ηπατικής νόσου.
• Πρόβλεψη της πρώιμης εμφάνισης 38 ασθενειών συνδυάζοντας εικόνες μαγνητικής τομογραφίας με άλλα δεδομένα υγείας και χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη, καταδεικνύοντας τη δύναμη της προηγμένης τεχνολογίας στην πρόβλεψη κινδύνων για την υγεία πολύ πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα.
• Τα ευρήματα δείχνουν ότι η κατανάλωση μίας έως δύο μονάδων αλκοόλ την ημέρα σχετίζεται με δυνητικά επιβλαβείς μειώσεις στο μέγεθος και τη δομή του εγκεφάλου, γεγονός που πιθανώς οδηγεί σε αυξημένο κίνδυνο απώλειας μνήμης και άνοιας.
• Αποδεικνύοντας ότι άτομα με τον ίδιο ΔΜΣ μπορούν να αποθηκεύουν λίπος με πολύ διαφορετικό τρόπο λόγω γενετικών παραγόντων – αυξάνοντας τον κίνδυνο ασθενειών όπως ο διαβήτης και οι καρδιακές παθήσεις σε ορισμένους, ενώ παράλληλα τον προστατεύουν σε άλλους.
• Χρησιμοποιώντας σαρώσεις DEXA, αποκαλύφθηκε ότι 1 στους 10 μεσήλικες χωρίς άλλα συμπτώματα έχουν ασβεστώσεις στην κοιλιακή αορτή (το κύριο αιμοφόρο αγγείο του σώματος) - μια ευρέως αδιάγνωστη αλλά θανατηφόρα πάθηση.

Τα δεδομένα σε αυτή την κλίμακα ανοίγουν την πιθανότητα χρήσης της μηχανικής μάθησης για την πρόβλεψη ασθενειών χρόνια πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα.

«Είναι φανταστικό το γεγονός ότι η UK Biobank έχει συλλέξει τόσο μεγάλο πλούτο δεδομένων από γενναιόδωρους εθελοντές και οι σαρώσεις προσθέτουν ένα ακόμη επίπεδο εξαιρετικής λεπτομέρειας. Μια πρόσφατη μελέτη χρησιμοποίησε σαρώσεις εγκεφάλου από 20.000 συμμετέχοντες, δεδομένα δραστηριότητας και γενετική για να αναπτύξει ένα εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης που προβλέπει ποιος διατρέχει κίνδυνο εμφάνισης Αλτσχάιμερ και Πάρκινσον. Ανυπομονώ να δω τι θα αποκαλύψουν οι σαρώσεις από 100.000 άτομα!», δήλωσε ο καθηγητής Paul Matthews, Πρόεδρος της Ομάδας Εργασίας Απεικόνισης της UK Biobank.

Το έργο συνέβαλε επίσης στον παγκόσμιο εκδημοκρατισμό της πρόσβασης σε δεδομένα απεικόνισης, μετατρέποντας τις εικόνες μαγνητικής τομογραφίας σε δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ερευνητές εκτός του πεδίου της απεικόνισης, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων σε χώρες με λιγότερους πόρους.

«Έχουμε λάβει απίστευτα σχόλια από ερευνητές σε όλο τον κόσμο σχετικά με το πώς το έργο απεικόνισης χρησιμοποιεί τα αποτελέσματα σε τομείς της επιστήμης που δεν είχαν προηγουμένως εξετάσει το ενδεχόμενο χρήσης δεδομένων σάρωσης σώματος», δήλωσε η καθηγήτρια Naomi Allen, επικεφαλής επιστημονική διευθύντρια της UK Biobank.

Το έργο απεικόνισης της UK Biobank ξεκίνησε πιλοτικά το 2014 με πάνω από 7.000 εθελοντές – ρεκόρ για την εποχή. Η κύρια φάση ξεκίνησε το 2016, προσκαλώντας 100.000 από τους 500.000 εθελοντές της UK Biobank να συμμετάσχουν σε 5ωρες συνεδρίες απεικόνισης σε ένα από τα τέσσερα ειδικά κέντρα σε όλη τη χώρα. Το έργο συνεχίζει να προσκαλεί εθελοντές για συνεδρίες απεικόνισης μετά την επίτευξη του στόχου των 100.000 συμμετεχόντων.

Η δεύτερη φάση του έργου ξεκίνησε το 2022 και στοχεύει στην επαναληπτική σάρωση 60.000 από αυτούς τους 100.000 συμμετέχοντες το συντομότερο δυνατό δύο χρόνια μετά την πρώτη συνεδρία απεικόνισης. Το έργο βρίσκεται σε εξέλιξη και αναμένεται να ολοκληρωθεί έως το 2029.

Τα δεδομένα της UK Biobank διατίθενται σε εγκεκριμένους ερευνητές σε παρτίδες μέσω της ασφαλούς, cloud-based UK Biobank Research Analysis Platform (UKB-RAP). Τα δεδομένα απεικόνισης από όλους τους 100.000 συμμετέχοντες αναμένεται να είναι διαθέσιμα στους ερευνητές έως το τέλος του 2025.