L'asthme est l'une des maladies respiratoires les plus répandues dans le monde, touchant plus de 235 millions de patients. Il est souvent plus difficile à diagnostiquer chez les enfants que chez les adultes. Un diagnostic précoce est particulièrement important pour les enfants afin de prévenir les attaques graves de la maladie. Une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche Fraunhofer pour la biotechnologie marine et la technologie cellulaire EMB s'est associée à certaines entreprises de haute technologie pour développer un test rapide qui ne nécessite qu'une goutte de sang pour diagnostiquer l'asthme. Pour faire ça, les partenaires utilisent l'apprentissage automatique.

Dyspnée, l'essoufflement et la toux ne sont que quelques-uns des symptômes potentiels de l'asthme. Les personnes touchées souffrent d'attaques soudaines de constriction bronchique. Identifier rapidement la maladie est crucial, car c'est le seul moyen de réduire le risque de crises d'asthme, ce qui peut même être fatal. Il est particulièrement important d'identifier la maladie tôt chez l'enfant afin d'intervenir rapidement et d'atténuer les symptômes. Cependant, diagnostiquer les enfants est plus compliqué et fastidieux que diagnostiquer les adultes. Certaines des méthodes de test qui consistent à souffler dans un tube ne peuvent pas être utilisées pour les jeunes enfants. Les tests de la fonction pulmonaire qui prennent beaucoup de temps ne peuvent être effectués qu'à partir de quatre ou cinq ans. Pour régler ce problème, Fraunhofer EMB s'est associé à Pattern Recognition Company et Raytrix GmbH dans le projet "KillAsthma" parrainé par l'État fédéral allemand du Schleswig-Holstein. Un nouveau test rapide devrait donner un résultat après seulement 60 à 90 minutes - et tout ce qu'il faut pour diagnostiquer l'asthme est une goutte de sang et les cellules immunitaires qu'il contient.

Analyse des cellules immunitaires basée sur l'IA

Le profil de mouvement des cellules sanguines des asthmatiques diffère de celui des individus sains. « Chez les patients asthmatiques, les cellules immunitaires se déplacent beaucoup plus lentement en présence d'un stimulus inflammatoire, " explique le Dr Daniel Rapoport, chef du groupe de travail sur la technologie cellulaire chez Fraunhofer EMB. L'équipe de chercheurs s'appuie sur ces connaissances pour développer l'ensemble de test. L'idée est d'observer les cellules immunitaires dans la goutte de sang sous un microscope holographique spécialement développé pendant environ 90 minutes et, en fonction de leur schéma de mouvement, pour évaluer si le patient souffre d'asthme. Le microscope, également appelé scanner cellulaire, permet automatique, suivi cellulaire en trois dimensions en temps réel.

L'intelligence artificielle (IA) joue ici un rôle clé, reconnaître des schémas caractéristiques dans les schémas de mouvement complexes de milliers de cellules. Mais comment la technologie fonctionne-t-elle en détail ? Le sang et une substance qui déclenche le stimulus inflammatoire sont versés dans une cartouche microfluidique puis placés dans le microscope miniaturisé, qui comprend une LED et un capteur d'image optique CMOS qui est lié au logiciel informatique. Les images sont évaluées à l'aide d'algorithmes spécialement développés. "On peut observer 2000 à 3000 cellules simultanément, assurant une grande précision statistique, " explique Rapoport. Les modèles de mouvement identifiés sont ensuite transférés à un réseau de neurones. Des algorithmes d'auto-apprentissage analysent les modèles de mouvement des cellules sanguines et calculent l'indice de diagnostic. " L'IA nous permet d'identifier les écarts dans les modèles. Nous utilisons des algorithmes d'auto-apprentissage pour capturer ces différences. Des données d'entraînement étendues aident les réseaux de neurones à reconnaître les modèles et à distinguer les profils des asthmatiques et des individus en bonne santé."

Etendre la méthode à d'autres maladies

On peut en conclure que l'IA est également capable d'apprendre d'autres écarts par rapport à la norme. "Notre méthode peut également être utilisée pour analyser d'autres maladies. Cela est particulièrement vrai pour les maladies inflammatoires auto-immunes et chroniques telles que la maladie de Crohn, colite ulcéreuse et rhumatismes. Le diagnostic de ces conditions est long, processus fastidieux et peut être considérablement accéléré avec un test rapide sur mesure, " dit le chercheur basé à Lübeck. " Les premiers tests ont été réalisés avec succès. L'évaluation de l'image a montré que notre microscope holographique est supérieur à un microscope à haute puissance. » Rapoport et ses partenaires du projet optimisent actuellement le matériel et la méthode. Leur objectif à long terme est d'identifier les manifestations individuelles de l'asthme pour permettre le développement de plans de traitement personnalisés. .