Um novo modelo de inteligência artificial (IA) desenvolvido por pesquisadores dos Estados Unidos conseguiu identificar padrões utilizados pelas células para se comunicar durante o desenvolvimento do organismo. A tecnologia permite reconstruir quais sinais uma célula recebeu ao longo do tempo e avaliar como essas informações influenciaram seu destino.
O estudo foi publicado nesta terça-feira (8) na revista científica Nature Methods e conduzido por pesquisadores do Instituto Whitehead e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
A descoberta pode abrir novas possibilidades para compreender como as células se organizam para formar órgãos e tecidos, além de contribuir para pesquisas sobre doenças e regeneração.
Como as células “decidem” o que serão
Durante o desenvolvimento do organismo, as células-tronco passam por diferentes transformações até adquirir funções específicas. Algumas dão origem a células musculares, enquanto outras participam da formação do cérebro, pulmões, intestino e outros órgãos.
Esse processo depende da ativação e desativação de determinados genes. As células também recebem sinais químicos do ambiente ao redor, que ajudam a determinar sua posição, seu estágio de desenvolvimento e o tipo de célula que irão formar.
Esses sinais são transmitidos por meio de diferentes vias de sinalização celular, responsáveis por transformar estímulos externos em alterações na atividade genética.
Segundo os pesquisadores, cada uma dessas vias deixa uma espécie de marca na atividade dos genes. O padrão pode ser identificado mesmo em diferentes tipos de células, permitindo investigar quais sinais foram recebidos sem precisar analisar cada célula individualmente.
Modelo de IA rastreia o histórico das células
Para investigar esse processo, os pesquisadores desenvolveram um modelo de aprendizado de máquina chamado IRIS.
A ferramenta analisa os genes ativos em uma célula e estima quais vias de sinalização estavam funcionando em diferentes momentos. Dessa forma, o sistema consegue reconstruir parte do histórico de comunicação celular.
O modelo foi treinado utilizando dados de células-tronco humanas expostas a diferentes combinações de sinais durante etapas distintas do desenvolvimento.
Depois, o sistema foi testado em células de embriões de camundongos. Os resultados indicaram que a IA conseguiu prever quando e onde determinados sinais seriam ativados em células que posteriormente dariam origem a tecidos como coração, intestino, músculos e medula espinhal.
Tecnologia também foi testada em células pulmonares
Os pesquisadores utilizaram o modelo ainda para investigar os sinais relacionados à formação de células pulmonares.
As previsões feitas pela IA foram posteriormente confirmadas em experimentos realizados com embriões de camundongo, reforçando a capacidade do sistema de identificar padrões associados ao desenvolvimento celular.
A ferramenta pode ajudar cientistas a descobrir quais sinais são necessários para direcionar o desenvolvimento de células-tronco em laboratório.
Descoberta pode contribuir para pesquisas médicas
O mapeamento da comunicação entre as células pode ter aplicações em diferentes áreas da ciência.
Ao compreender melhor os sinais que orientam a formação dos tecidos, pesquisadores podem desenvolver modelos mais precisos para estudar doenças, investigar processos de regeneração de órgãos e testar novos tratamentos.
A tecnologia também pode auxiliar na reprodução, em laboratório, de condições semelhantes às encontradas durante o desenvolvimento natural dos tecidos.
Segundo os pesquisadores, o IRIS permite analisar a comunicação celular em uma escala maior do que a possível apenas por meio de experimentos tradicionais.
A expectativa é que o modelo contribua para ampliar o conhecimento sobre como os tecidos se formam e como alterações nesse processo podem estar relacionadas ao surgimento de doenças.