Британський біобанк завершує найбільший у світі проект сканування всього тіла

Британський біобанк завершив найбільший у світі проект сканування всього тіла, скануючи мозок, серце, черевну порожнину, кровоносні судини, кістки та суглоби 100 000 добровольців, що стало визначним досягненням, яке вже впливає на те, як ми виявляємо та діагностуємо захворювання. Ці сканування, проведені в такому масштабі, показують нам, що відбувається в організмі людей з віком, щоб ми могли зрозуміти, як, чому і коли ми хворіємо.

З 2015 року дані зображень UK Biobank публікуються партіями, і вчені з усього світу використовують ці дані для розробки кращих діагностичних тестів для виявлення небезпечних для життя станів, таких як хвороби серця, деменція та рак. Незабаром схвалені дослідники матимуть доступ до понад одного мільярда анонімних зображень від 100 000 волонтерів. Використовуючи це разом із існуючою інформацією UK Biobank про спосіб життя, історію хвороби, генетику та білки крові, зібраною від цих самих волонтерів протягом останніх 15 років, ці дані зображень дозволяють дослідникам побачити, раніше неможливим чином, як усі аспекти нашого життя впливають на наше здоров'я.

На сьогоднішній день опубліковано понад 1300 рецензованих наукових статей з використанням даних візуалізації з UK Biobank. Результати цього дослідження вже покращують медичну допомогу в Національній службі охорони здоров'я та за її межами. Наприклад:

• Меморіальні лікарні Національної служби охорони здоров'я по всій Великій Британії тепер використовують процеси, розроблені UK Biobank, для аналізу зображень МРТ мозку, що допомагає точніше діагностувати деменцію.
• Кардіологічна допомога покращилася у понад 90 країнах, оскільки лікарі використовують інструмент штучного інтелекту, розроблений з використанням даних британського біобанку, для аналізу сканування серця менш ніж за секунду – порівняно з майже чвертю години раніше – що дозволяє їм зосередитися на тих випадках, які потребують найбільшої уваги.

Після 11 років роботи, 100 000 сеансів сканування, кожен з яких тривав близько 5 годин, та інвестицій понад 60 мільйонів фунтів стерлінгів, UK Biobank досяг цієї значної віхи.

Безпрецедентний масштаб цього проєкту візуалізації – більш ніж у 10 разів більший за будь-що, що коли-небудь існувало раніше – дозволяє вченим бачити закономірності у захворюваннях, які інакше неможливо було б виявити. Збір сканів від 100 000 добровольців здавався нездійсненною мрією… деякі експерти навіть запитували, чи не додали ми зайвий нуль помилково! Цей масштабний проєкт візуалізації робить невидиме видимим. Більше того, поєднуючи ці зображення різних частин тіла з усією генетичною та життєво важливою інформацією від наших добровольців, вчені отримують набагато краще розуміння того, як працюють наші тіла».

Сер Рорі Коллінз, професор, головний дослідник і генеральний директор Британського біобанку

Під час кожного сеансу у кожної людини було зібрано понад 12 000 знімків МРТ мозку, серця та черевної порожнини, а також проведено повне сканування тіла для вимірювання щільності кісток та вмісту жиру в організмі, а також ультразвукове сканування сонних артерій. Кожен волонтер також надав ту саму детальну інформацію, яку він мав, коли вперше взяв участь у UK Biobank майже 15 років тому, включаючи дані про спосіб життя, фізичні характеристики (такі як зріст, вага та сила хвата) та зразок крові.

«Я записалася на сканування, бо хочу допомогти створити здоровіше майбутнє для всіх нас. Саме тому я вперше стала волонтеркою UK Biobank понад 15 років тому – щоб служити вченим, які так наполегливо працюють заради майбутніх поколінь», – сказала Елісон, член Консультативної групи учасників UK Biobank.

Дані візуалізації такого масштабу надають більше інформації про рідкісні захворювання та різні стадії поширених хвороб. Вчені також можуть краще порівнювати здорові організми з тими, хто має кілька захворювань, що зрештою дозволяє їм знаходити потужніші маркери захворювань.

«Дослідження візуалізації, проведене британським біобанком, назавжди змінило ландшафт біомедичних досліджень. Величезний обсяг даних дозволив досягти значних проривів у комп’ютерному аналізі зображень. Тепер дослідники можуть вимірювати розмір, форму та склад практично кожного органу та тканини в організмі за лічені секунди, а не за години на людину», – сказала професор Луїза Томас, професор метаболічної візуалізації Вестмінстерського університету.

Окрім переваг, які вже приносять користь пацієнтам сьогодні, ці дані візуалізації стимулюють фундаментальну науку, яка має призвести до нових діагностичних тестів та методів лікування. Серед цих досягнень:

• Розробка моделі штучного інтелекту, яка створює персоналізовану версію здорового серця (на основі віку, статі, ваги та зросту людини), яку можна використовувати для виявлення відмінностей між справжнім серцем пацієнта та моделлю здорового серця, а також для виявлення ранніх ознак серцевих захворювань.
• Відкриття того, що наші органи можуть бути біологічно старшими за наш хронологічний вік, дозволить лікарям за допомогою сканування тіла та клінічних даних побачити, які органи мають ризик розвитку захворювань, і знайти способи запобігти цьому, що зрештою продовжить життя.
• Відкриття нових зв'язків між серцем і мозком. Наприклад, як структурні зміни в серці збільшують ризик психічних розладів, включаючи депресію. Це важливо для розуміння захворювань мозку.
• Демонстрація того, як інвазивну хірургічну процедуру можна замінити МРТ для діагностики та моніторингу поширеного захворювання – жирової хвороби печінки.
• Прогнозування раннього початку 38 захворювань шляхом поєднання зображень МРТ з іншими даними про здоров'я та використання штучного інтелекту, демонструючи силу передових технологій у прогнозуванні ризиків для здоров'я задовго до появи симптомів.
• Висновки показують, що вживання однієї-двох одиниць алкоголю на день пов'язане з потенційно шкідливим зменшенням розміру та структури мозку, що ймовірно призводить до підвищеного ризику втрати пам'яті та деменції.
• Демонстрація того, що люди з однаковим ІМТ можуть накопичувати жир по-різному через генетику, збільшуючи ризик таких захворювань, як діабет та серцеві захворювання, у одних, водночас захищаючи його в інших.
• Використання DEXA-сканування виявляє, що у кожної десятої людини середнього віку без інших симптомів є кальцифікати в черевній аорті (головній кровоносній судині тіла) – це широко недіагностований, але смертельний стан.

Дані такого масштабу відкривають можливість використання машинного навчання для прогнозування захворювань за роки до появи симптомів.

«Це чудово, що UK Biobank зібрав таку величезну кількість даних від щедрих волонтерів, а сканування додають ще один рівень вишуканої деталізації. В одному нещодавньому дослідженні використовувалися сканування мозку 20 000 учасників, дані про активність та генетику для розробки інструменту штучного інтелекту, який передбачає, хто має ризик розвитку хвороби Альцгеймера та Паркінсона. Я з нетерпінням чекаю, що покажуть сканування 100 000 людей!» — сказав професор Пол Метьюз, голова Робочої групи з візуалізації UK Biobank.

Проєкт також сприяв глобальній демократизації доступу до даних візуалізації, перетворивши МРТ-зображення на дані, які можуть використовувати дослідники поза межами сфери візуалізації, включаючи вчених у країнах з обмеженими ресурсами.

«Ми отримали неймовірні відгуки від дослідників з усього світу про те, як проєкт візуалізації використовує результати в галузях науки, які раніше не розглядали використання даних сканування тіла», – сказала професор Наомі Аллен, головний науковий співробітник UK Biobank.

Проект візуалізації UK Biobank розпочався як пілотний у 2014 році з понад 7000 волонтерів – рекорд на той час. Основна фаза розпочалася у 2016 році, запросивши 100 000 з 500 000 волонтерів UK Biobank взяти участь у 5-годинних сеансах візуалізації в одному з чотирьох спеціалізованих центрів по всій країні. Проект продовжує запрошувати волонтерів на сеанси візуалізації після досягнення цільової кількості учасників у 100 000.

Другий етап проєкту розпочався у 2022 році та має на меті повторно сканувати 60 000 зі 100 000 учасників не раніше ніж через два роки після їхнього першого сеансу візуалізації. Цей проєкт триває і очікується, що його буде завершено до 2029 року.

Дані біобанку Великої Британії надаються затвердженим дослідникам пакетами через безпечну хмарну платформу аналізу досліджень біобанку Великої Британії (UKB-RAP). Очікується, що дані візуалізації всіх 100 000 учасників будуть доступні дослідникам до кінця 2025 року.