هوش مصنوعی، زبان پنهان نانوذرات را رمزگشایی می‌کند

به گزارش هیچ یک  از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، «کریستینا ایسکی‌یردو لوزانو» (Cristina Izquierdo Lozano)، پژوهشگر دکتری، با بهره‌گیری از این رویکرد توانسته است جزئیاتی از ساختار و رفتار نانوذرات را آشکار کند که پیش‌تر با هیچ ابزاری قابل رویت نبود.

نانوذرات بسیار کوچک‌اند؛ گاهی هزاران برابر نازک‌تر از تار موی انسان، اما ظرفیت عظیمی در تحول پزشکی دارند. آن‌ها می‌توانند دارو را با دقت بالا به هدف برسانند، مشروط بر آنکه دانشمندان بدانند دقیقاً چگونه رفتار می‌کنند و درون سلول‌های زنده چه سرنوشتی دارند.

این پرسشِ بنیادی سال‌ها پیش روی پژوهشگران نانودارو قرار داشته است و اکنون، تلاش تازه ایسکی‌یردو لوزانو پاسخی علمی و قابل اتکا به این چالش ارائه می‌دهد. او که در تاریخ ۱۸ نوامبر پایان‌نامه دکتری خود را در گروه مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه صنعتی آیندهوون با موفقیت دفاع کرد، توانسته است شکاف دیرینه میان تصویربرداری اَبَرتفکیک و تحلیل داده‌های پیچیده آن را پر کند.

میکروسکوپ‌های اَبَرتفکیک قادرند ساختارهایی بسیار کوچک‌تر از حد توان روش‌های تصویربرداری معمولی آشکار کنند. این دستگاه‌ها تصاویر خارق‌العاده‌ای ثبت می‌کنند، اما هم‌زمان حجم عظیمی از داده‌های پیچیده می‌سازند که تفسیر آن‌ها برای محققان دشوار است.

برای حل این مشکل، ایسکی‌یردو لوزانو مجموعه‌ای از ابزارهای محاسباتی هوشمند طراحی کرده است که توانایی تحلیل داده‌های میکروسکوپی را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. این ابزارها پلی میان فناوری تصویربرداری و هوش مصنوعی ایجاد می‌کنند و نشان می‌دهند که هم‌افزایی این دو حوزه چگونه می‌تواند ابعاد پنهان رفتار نانومواد را آشکار سازد.

یکی از بخش‌های کلیدی این پژوهش، توسعه «بارکدهای نوری» برای نانوذرات بود؛ روشی که در آن با ترکیب رنگ‌های فلورسنت در الگوهای دقیق، برای هر نانوذره یک کد رنگی منحصربه‌فرد ساخته می‌شود. سپس با بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، این کدها به‌صورت خودکار و بسیار دقیق طبقه‌بندی می‌شوند. این توانایی، مسیر مطالعه رفتار نانوذرات در تعامل با سلول‌های زنده را بسیار هموار می‌کند، زیرا امکان ردیابی هر نوع نانوذره با هویت مشخص فراهم شده است.

از دیگر دستاوردهای مهم این پروژه، توسعه نرم‌افزار nanoFeatures است؛ ابزاری که به پژوهشگران اجازه می‌دهد تصاویر میکروسکوپی را با روشی استاندارد تحلیل کنند. این نرم‌افزار می‌تواند ویژگی‌های کلیدی نانوذرات را اندازه‌گیری کند؛ از جمله اندازه، شکل و تعداد مولکول‌های متصل‌شده به سطح آن‌ها.

این استانداردسازی موجب می‌شود نتایج پژوهش‌های مختلف در آزمایشگاه‌های گوناگون قابل مقایسه باشد؛ مزیتی ارزشمند برای حوزه‌ای همچون نانودارو که نیازمند دقت، تکرارپذیری و تحلیل ساختاریافته است.

این پژوهش تنها به تصاویر ثابت محدود نشد. ایسکی‌یردو لوزانو روش‌های خود را برای بررسی حرکت مولکول‌ها درون سلول‌های زنده گسترش داد. با تحلیل مسیر حرکت این مولکول‌ها توسط هوش مصنوعی، سامانه قادر شد رفتار پویا را تشخیص دهد و حتی انواع سلول‌ها را تنها بر اساس الگوی حرکتی آن‌ها از یکدیگر تمایز دهد.

از آنجا که میکروسکوپ‌های پیشرفته حجم بسیار زیادی از داده تولید می‌کنند، توسعه روش‌های نوین برای نمایش و درک بهتر این داده‌ها نیز ضروری بود. این پژوهشگر ابزارهای تصویری تازه‌ای طراحی کرد که به محققان کمک می‌کند الگوها، تفاوت‌ها و شباهت‌های میان نانوذرات را بهتر و سریع‌تر تشخیص دهند و از پیچیدگی داده‌ها تصویری شفاف بسازند.

به گفته متخصصان، ابزارهای نرم‌افزاری و روش‌های تحلیلی توسعه‌یافته در این پروژه همین حالا نیز توسط پژوهشگران دیگر مورد استفاده قرار گرفته است. این مجموعه ابزارها، مسیر استانداردسازی داده‌ها را هموار می‌کند و امکان استفاده گسترده‌تر از آن‌ها در مدل‌های هوش مصنوعی آینده را فراهم می‌سازد.

پژوهش ایسکی‌یردو لوزانو نشان می‌دهد که پیوند میان میکروسکوپ‌های قدرتمند و ابزارهای محاسباتی هوشمند می‌تواند دریچه‌ای تازه‌ برای نانوداروهای فردمحور و درمان‌های دقیق در آینده باشد. این دستاورد یک گام عملی برای نزدیک‌کردن فناوری نانو به کاربردهای واقعی در نظام سلامت است.