Brytyjski Biobank kończy największy na świecie projekt skanowania całego ciała

W ramach niezwykłego osiągnięcia, które już teraz ma wpływ na sposób wykrywania i diagnozowania chorób, brytyjski Biobank ukończył największy na świecie projekt skanowania całego ciała, skanując mózg, serce, jamę brzuszną, naczynia krwionośne, kości i stawy 100 000 ochotników. Skanowanie na tak dużą skalę pokazuje nam, co dzieje się w organizmach ludzi w miarę starzenia się, dzięki czemu możemy zrozumieć, jak, dlaczego i kiedy chorujemy.

Od 2015 roku dane obrazowe z brytyjskiego biobanku są udostępniane partiami, a naukowcy z całego świata wykorzystują je do opracowywania lepszych testów diagnostycznych w przypadku chorób zagrażających życiu, takich jak choroby serca, demencja i nowotwory. Wkrótce zatwierdzeni badacze będą mieli dostęp do ponad miliarda zanonimizowanych obrazów od 100 000 ochotników. Wykorzystując te dane, wraz z istniejącymi informacjami z brytyjskiego biobanku na temat stylu życia, historii choroby, genetyki i białek krwi, zebranymi od tych samych ochotników w ciągu ostatnich 15 lat, dane te pozwalają naukowcom zobaczyć, w sposób wcześniej niemożliwy, jak wszystkie aspekty naszego życia wpływają na nasze zdrowie.

Do tej pory opublikowano ponad 1300 recenzowanych artykułów naukowych z wykorzystaniem danych obrazowych z UK Biobank. Wyniki tych badań już teraz poprawiają jakość opieki w NHS i poza nią. Na przykład:

• Szpitale NHS w całej Wielkiej Brytanii korzystają obecnie z procesów opracowanych w ramach UK Biobank w celu analizy obrazów MRI mózgu, co pozwala na dokładniejsze diagnozowanie demencji.
• Opieka kardiologiczna uległa poprawie w ponad 90 krajach, ponieważ lekarze korzystają z narzędzia opartego na sztucznej inteligencji (AI), opracowanego z wykorzystaniem danych UK Biobank, aby analizować skany serca w czasie krótszym niż sekunda – w porównaniu z prawie kwadransem wcześniej – co pozwala im skupić się na przypadkach wymagających największej uwagi.

Po 11 latach pracy, 100 000 sesji skanowania, z których każda trwała około 5 godzin, i inwestycji przekraczającej 60 milionów funtów, UK Biobank osiągnął ten ważny kamień milowy.

Niespotykana skala tego projektu obrazowania – ponad 10 razy większa niż cokolwiek, co kiedykolwiek istniało – pozwala naukowcom dostrzec wzorce w chorobach, które w innym przypadku byłyby niewykrywalne. Zebranie skanów od 100 000 ochotników wydawało się mrzonką… niektórzy eksperci pytali nawet, czy przypadkiem nie dodaliśmy dodatkowego zera! Ten ogromny projekt obrazowania uwidacznia to, co niewidzialne. Co więcej, łącząc te obrazy różnych części ciała ze wszystkimi genetycznymi i istotnymi informacjami od naszych ochotników, naukowcy zyskują znacznie lepsze zrozumienie funkcjonowania naszego organizmu.

Sir Rory Collins, profesor, główny badacz i dyrektor generalny UK Biobank

Podczas każdej sesji od każdej osoby wykonano ponad 12 000 zdjęć MRI mózgu, serca i jamy brzusznej, a także skany całego ciała w celu pomiaru gęstości kości i tkanki tłuszczowej oraz USG tętnic szyjnych. Każdy ochotnik dostarczył również te same szczegółowe informacje, które posiadał, gdy po raz pierwszy brał udział w badaniu UK Biobank prawie 15 lat temu, w tym dane dotyczące stylu życia, cechy fizyczne (takie jak wzrost, waga i siła uścisku dłoni) oraz próbkę krwi.

„Zgłosiłam się na badanie, ponieważ chcę pomóc w stworzeniu zdrowszej przyszłości dla nas wszystkich. Właśnie dlatego ponad 15 lat temu zostałam wolontariuszką w brytyjskim Biobanku – aby służyć naukowcom, którzy tak ciężko pracują dla przyszłych pokoleń” – powiedziała Alison, członkini Grupy Doradczej ds. Uczestników Brytyjskiego Biobanku.

Dane obrazowe w tej skali dostarczają więcej informacji o rzadkich chorobach i różnych stadiach powszechnych schorzeń. Naukowcy mogą również lepiej porównywać ciała osób zdrowych z osobami z wieloma chorobami, co ostatecznie pozwala im na znalezienie silniejszych markerów chorób.

„Badanie obrazowe brytyjskiego Biobanku na zawsze zmieniło krajobraz badań biomedycznych. Ogromna ilość danych umożliwiła przełom w komputerowej analizie obrazu. Naukowcy mogą teraz mierzyć rozmiar, kształt i skład praktycznie każdego narządu i tkanki w organizmie w ciągu kilku sekund, a nie godzin na osobę” – powiedziała profesor Louise Thomas, profesor obrazowania metabolicznego na Uniwersytecie Westminster.

Oprócz korzyści, jakie już dziś odczuwają pacjenci, dane obrazowe stymulują rozwój nauk podstawowych, co powinno prowadzić do opracowania nowych testów diagnostycznych i metod leczenia. Wśród tych postępów znajdują się:

• Opracowanie modelu sztucznej inteligencji, który tworzy spersonalizowaną wersję zdrowego serca (na podstawie wieku, płci, wagi i wzrostu danej osoby), co umożliwia wykrywanie różnic między prawdziwym sercem pacjenta a modelem zdrowego serca oraz wykrywanie wczesnych objawów chorób serca.
• Odkrycie, że nasze organy mogą być biologicznie starsze niż nasz wiek chronologiczny, pozwoli lekarzom na podstawie skanów ciała i danych klinicznych ocenić, które organy są narażone na rozwój chorób, a także znaleźć sposoby zapobiegania temu zjawisku, co ostatecznie przedłuży życie.
• Odkrywanie nowych połączeń między sercem a mózgiem. Na przykład, jak zmiany strukturalne w sercu zwiększają ryzyko zaburzeń psychicznych, w tym depresji. Jest to ważne dla zrozumienia chorób mózgu.
• Pokazanie, w jaki sposób inwazyjny zabieg chirurgiczny można zastąpić rezonansem magnetycznym w diagnostyce i monitorowaniu powszechnej choroby, stłuszczenia wątroby.
• Przewidywanie wczesnego wystąpienia 38 chorób poprzez łączenie obrazów MRI z innymi danymi medycznymi i wykorzystanie sztucznej inteligencji, co stanowi dowód potencjału zaawansowanej technologii w przewidywaniu zagrożeń dla zdrowia na długo przed pojawieniem się objawów.
• Wyniki badań wskazują, że wypijanie jednej lub dwóch jednostek alkoholu dziennie wiąże się z potencjalnie szkodliwym zmniejszeniem wielkości i struktury mózgu, co prawdopodobnie prowadzi do zwiększonego ryzyka utraty pamięci i demencji.
• Wykazano, że osoby o takim samym BMI mogą w różny sposób magazynować tłuszcz ze względu na uwarunkowania genetyczne – u niektórych zwiększa to ryzyko chorób takich jak cukrzyca czy choroby serca, a u innych działa ochronnie.
• Za pomocą skanów DEXA odkryto, że 1 na 10 osób w średnim wieku bez żadnych innych objawów ma zwapnienia w aorcie brzusznej (głównym naczyniu krwionośnym organizmu) - chorobę rzadko diagnozowaną, ale śmiertelną.

Dane na taką skalę otwierają możliwość wykorzystania uczenia maszynowego do przewidywania chorób na wiele lat przed pojawieniem się objawów.

„To fantastyczne, że UK Biobank zebrał tak bogate dane od hojnych wolontariuszy, a skany dodają kolejną warstwę wyjątkowych szczegółów. W niedawnym badaniu wykorzystano skany mózgu 20 000 uczestników, dane dotyczące aktywności i genetykę do opracowania narzędzia AI, które przewiduje, kto jest narażony na chorobę Alzheimera i Parkinsona. Z niecierpliwością czekam na to, co ujawnią skany 100 000 osób!” – powiedział profesor Paul Matthews, przewodniczący grupy roboczej UK Biobank Imaging.

Projekt przyczynił się również do globalnej demokratyzacji dostępu do danych obrazowych poprzez przekształcenie obrazów MR w dane, które mogą być wykorzystywane przez badaczy spoza dziedziny obrazowania, w tym naukowców z krajów o mniejszych zasobach.

„Otrzymaliśmy niesamowite opinie od naukowców z całego świata na temat tego, w jaki sposób projekt obrazowania wykorzystuje wyniki w dziedzinach nauki, w których wcześniej nie brano pod uwagę danych ze skanowania ciała” – powiedziała profesor Naomi Allen, dyrektor naukowa UK Biobank.

Projekt obrazowania UK Biobank rozpoczął się jako projekt pilotażowy w 2014 roku z udziałem ponad 7000 wolontariuszy – co wówczas stanowiło rekord. Główna faza projektu rozpoczęła się w 2016 roku, kiedy to zaproszono 100 000 z 500 000 wolontariuszy UK Biobank do udziału w 5-godzinnych sesjach obrazowania w jednym z czterech dedykowanych ośrodków w całym kraju. Projekt kontynuuje zapraszanie wolontariuszy na sesje obrazowania po osiągnięciu docelowej liczby 100 000 uczestników.

Druga faza projektu rozpoczęła się w 2022 roku i ma na celu ponowne zeskanowanie 60 000 spośród 100 000 uczestników nie wcześniej niż dwa lata po ich pierwszej sesji obrazowania. Projekt jest w toku i ma zakończyć się do 2029 roku.

Dane z brytyjskiego biobanku są udostępniane zatwierdzonym badaczom w partiach za pośrednictwem bezpiecznej, opartej na chmurze platformy UK Biobank Research Analysis Platform (UKB-RAP). Dane obrazowe wszystkich 100 000 uczestników mają być dostępne dla badaczy do końca 2025 roku.