L’intelligenza artificiale sconfiggerà il cancro?

Joris Galland è uno specialista in medicina interna. Appassionato di nuove tecnologie, scrive sul blog "Connexion(s)", ospitato da esanum.fr, a proposito di intelligenza artificiale ed oncologia.

Le nuove tecnologie aiuteranno presto la medicina nella diagnosi precoce, nel trattamento e nel follow-up delle patologie oncologiche

Joris Galland è uno specialista in medicina interna. Dopo essersi formato all'Hôpital Lariboisière AP-HP di Parigi, ora lavora all'ospedale di Bourg-en-Bresse, a nord di Lione. Appassionato di nuove tecnologie, propone nel blog "Connexion(s)" ospitato da esanum.fr, una serie di articoli per fare il punto della situazione sulle novità legate alla medicina.

Il cancro è la seconda causa di morte nel mondo. Con 8,8 milioni di morti nel 2015, è responsabile di quasi un decesso su 61. In Francia, il numero globale di nuovi casi di cancro è aumentato ogni anno negli ultimi 30 anni. Ciò è dovuto all'allungamento dell'aspettativa di vita (si è avuta un'esplosione dei casi di cancro al seno e alla prostata), a fattori comportamentali e ambientali, nonché a migliori metodi diagnostici.
Per alcune persone, il cancro è l'incarnazione del fallimento della medicina moderna. Tuttavia, la medicina ha fatto progressi significativi nello screening del cancro (si pensi ad esempio al test del PSA), nella diagnosi e nel trattamento mirato delle cellule neoplastiche. Nell'arco di mezzo secolo, la ricerca scientifica è riuscita a migliorare significativamente la prognosi di alcuni tumori con l'avvento delle bioterapie e delle terapie geniche. Senza dimenticare il ruolo importante delle campagne di prevenzione e/o di screening. L'intelligenza artificiale (AI, Artificial Intelligence) dovrebbe rivoluzionare l’oncologia nei prossimi dieci anni. Ecco come.

Pixel e indossabili

La diagnosi precoce del cancro è un elemento essenziale per migliorare la prognosi. La velocità di diagnosi nell'imaging è già stata rivoluzionata dall’AI. Ci vogliono circa dieci anni di formazione perché un cervello umano impari la radiologia, mentre l’AI di Google riesce a detronizzare i migliori radiologi nella diagnosi del cancro bronchiale dopo solo pochi giorni di formazione2.
E poi, cosa potrebbe essere più semplice un'AI? Il computer può analizzare un'immagine pixel per pixel, l'occhio umano e il cervello sono incapaci di farlo. Grazie alla sua precisione analitica e al deep learning, l'AI diventa un alleato prezioso per il radiologo. Nel 2019, sulla rivista Nature, un team di ricercatori ha presentato un algoritmo per prevedere il rischio di cancro ai polmoni dalle immagini TC a basso dosaggio. Quando non erano disponibili immagini precedenti, l'AI ha fatto meglio del radiologo con una riduzione del 5% dei falsi negativi.
I dispositivi indossabili (wearable) rappresentano un'altra innovazione, a metà tra le nuove tecnologie connesse alla rete e l'AI. Sapete che esiste un reggiseno che rileva il cancro al seno? Il laboratorio americano Cyrcadia propone un prototipo chiamato iTbra™. Questa canottiera permette di individuare il cancro al seno nelle sue fasi iniziali con una sensibilità almeno pari a quella di una mammografia3. Composto da due cerotti intelligenti posizionati in un reggiseno, questo dispositivo identifica i cambiamenti di temperatura nel tessuto mammario. Viene usata un'AI di analisi predittiva capace di autoapprendimento per identificare e classificare le anomalie nel tessuto mammario. Nel caso di un'anomalia, il sistema avviserà la paziente di andare da un medico per eseguire gli esami di imaging appropriati. I risultati iniziali sono promettenti e la certificazione è in corso.
Se questo sistema è così efficiente, perché non usare la stessa tecnologia per un indumento intimo che rilevi i tumori genitali? O una maglietta che rilevi la presenza di un tumore? Sembra fantascienza, ma il campo dei dispositivi tecnologici indossabili sta facendo passi da gigante. La maglietta Hexoskin4 permette già di valutare i parametri vitali del paziente, i volumi respiratori, la qualità del sonno, ecc. Il dispositivo è stato testato su pazienti COVID-19, nel contesto della riabilitazione domiciliare o nel lavoro di ricerca.

I contributi del genoma

La speranza degli oncologi di sconfiggere il cancro non si basa solo sulla diagnosi molto precoce delle prime cellule tumorali. Idealmente, vorrebbero migliorare la previsione del cancro, anche prima che la prima cellula cancerosa si sia formata. È qui che entrano in gioco i progressi della genetica.
Negli anni '90, i principali ricercatori sostenevano che il genoma umano non sarebbe mai stato sequenziato, o che questo non si sarebbe verificato per centinaia di anni. I progressi nella tecnologia informatica hanno reso possibile questa impresa: alcune macchine possono sequenziare l'intero genoma umano in appena quattro ore e per poche centinaia di dollari (questo è chiamato Next Generation Sequencing, NGS). Nei prossimi dieci anni, la velocità di sequenziamento dovrebbe migliorare in modo esponenziale e a costi modesti.
Se il sequenziamento del genoma non è più difficile, rimane problematica l'interpretazione delle masse di dati generati. Nessun genetista sarebbe in grado di interpretare questo flusso di informazioni. È qui che entra in gioco l'AI. Un grande studio genomico condotto su quasi 10.000 donne con cancro ovarico ha identificato una variante genetica comune che aumenta la suscettibilità di insorgenza del tumore dal 20 al 40%5. Con la NGS, sarebbe possibile rilevare questa variante nelle donne fin dalla nascita e offrire loro uno stretto follow-up se necessario. Non siamo più lontani dal mondo del film Gattaca. È indispensabile un quadro giuridico.

Dalla farmacovigilanza al rilevamento delle ricadute

Tra le altre cose, l’AI permette l'analisi di grandi dati. Hanno la capacità di fare collegamenti tra un fattore di rischio e un tipo di cancro, andando oltre le capacità del cervello umano. Per esempio, un'AI ha permesso di evidenziare il legame tra il farmaco pioglitazone (antidiabetico) e il cancro alla vescica, portando al ritiro del farmaco. Se questo algoritmo, che richiede solo pochi minuti per l'addestramento, fosse implementato su larga scala, permetterebbe una vera rivoluzione nella farmacovigilanza con il rilevamento di effetti collaterali in tempo quasi reale.
Uno dei ruoli dell'oncologo è quello di prevedere e diagnosticare il rischio di ricaduta di un cancro in remissione: anche qui, le nuove tecnologie saranno di grande aiuto. L'applicazione Moovcare può rilevare una potenziale ricaduta del cancro ai polmoni6. Analizza, su base settimanale, l'evoluzione dei sintomi utilizzando un questionario completato dal paziente. Questa applicazione utilizza un algoritmo che raggiunge una sensibilità di rilevamento delle ricadute vicina al 100%. La cosa più importante è che le ricadute possono essere rilevate da cinque a sei settimane prima rispetto alle indagini radiologiche, che in genere vengono effettuate ogni tre mesi. L'oncologo di riferimento viene quindi allertato direttamente. I test sono in fase di studio per il cancro al seno, ai reni, alla prostata e al linfoma. Grazie alla sua efficacia e al servizio medico fornito, l’app è autorizzata dalla HAS (Haute Autorité de Santée) e coperta dal servizio sanitario.

Un mercato che si sta aprendo ai giganti del web

Questa non è una lista esaustiva di progetti sanitari legati all’oncologia. Molte altre start-up stanno lavorando continuamente per migliorare la previsione, la diagnosi precoce, la diagnosi e il trattamento del cancro. Per queste aziende, la chiave del successo è la raccolta di grandi masse di dati. Questo non è un fattore limitante per le americane GAFAM (GAFAM è l’acronimo di 5 delle aziende tecnologiche più famose in tutto il mondo: Google, Amazon, Facebook, Apple e Microsoft)  o per le cinesi BATX (Baidu, Alibaba, Tencent e Xiaomi). I giganti del web stanno quindi interferendo sempre più nel campo dell’oncologia.
IBM sta iniziando a diagnosticare tumori rari e identificare il miglior trattamento grazie alla sua super AI Watson. Da parte sua, il laboratorio di biotecnologia di Google X, chiamato Calico, sta lavorando segretamente a un progetto sull'Uomo Immortale, utilizzando la famosa "forbice molecolare del DNA" CRISPR-Cas9. L'idea qui è di potenziare l'essere umano modificando il suo DNA in modo che non si ammali più. Ancora una volta, la creazione di un quadro giuridico diventa urgente, se non vogliamo sprofondare nell'eugenetica.
Google sta anche lavorando su una nanoparticella che potrebbe diffondersi nel flusso sanguigno per, ad esempio, scoprire le cellule tumorali o combatterle. Questa nanoparticella potrebbe persino comunicare direttamente con l'orologio di una persona per avvisarla se viene scoperta una malattia7.
Tencent, la multinazionale cinese che gestisce, tra le altre cose, l'applicazione di messaggistica WeChat, voleva conquistarsi una forte posizione in questo ambito. Così, nel 2017, ha lanciato AIMIS (Artificial Intelligence Medical Innovation System), un sistema di imaging medico basato sull'intelligenza artificiale. AIMIS permette lo screening di diverse malattie, tra cui la retinopatia diabetica e alcuni tumori. Il sistema, che è attualmente in fase di validazione clinica in circa 100 ospedali nel sud della Cina, ha permesso ai medici di analizzare più di 100 milioni di immagini. Secondo l'azienda, il tasso di precisione del riconoscimento delle immagini è del 90% per il cancro esofageo e del 97,2% per il cancro colorettale. L’impatto di questi giganti, anche se ingiusto per le piccole imprese, porterà senza dubbio a progressi spettacolari in oncologia.

E voi cosa ne pensate? Il cancro sarà presto una malattia rara grazie ai sistemi di intelligenza artificiale?

 

Riferimenti:
1- OMS - Cancer: principaux faits
2- Ardila D, Kiraly AP, Bharadwaj S, Choi B, Reicher JJ, Peng L, et al. End-to-end lung cancer screening with three-dimensional deep learning on low-dose chest computed tomography. Nat Med. 2019;25(6):954–61.
3- An introduction to the Cyrcadia Breast Monitor: A wearable breast health monitoring device
4- Hexoskin. Vêtements biométriques pour le sport, la recherche et la santé
5- Ford D, Easton DF, Stratton M, Narod S, Goldgar D, Devilee P, et al. Genetic Heterogeneity and Penetrance Analysis of the BRCA1 and BRCA2 Genes in Breast Cancer Families. Am J Hum Genet. 1998;62(3):676–89.
6- Moovcare®
7- Slate Magazine.Oremus W. Google Wants to Monitor Your Body With Nanoparticles.

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