Łączy ich fascynacja AI


Każda droga naukowa zaczyna się od pytania – i od spotkania. Czasem wystarczy jedna rozmowa, by pomysł nabrał kierunku, a wątpliwości zmieniły się w plan działania. W tym cyklu rozmawiamy z parami mentor–młody naukowiec o tym, jak rodzą się pierwsze decyzje badawcze, jak wygląda praca „między” seminariami i publikacjami oraz jaką rolę w tym procesie odgrywa uważna obecność drugiego człowieka.

Gdyby nie przypadek, ich ścieżki by się pewnie nigdy nie przecięły. Pod koniec ubiegłego roku prof. Piotr Donizy prowadził w zastępstwie zajęcia z patomorfologii z grupą IV roku Wydziału Lekarskiego, z którą wcześniej nie miał do czynienia. Po zajęciach podszedł do niego jeden z nich z bardzo intrygującym tematem. A gdyby tak wykorzystać możliwości sztucznej inteligencji do analizy preparatów histopatologicznych? I za pomocą wiązki lasera w ułamek sekundy wyłapać komórki nowotworowe? Ta rozmowa nie mogła się szybko skończyć.
– Pan Bartek miał nie tylko pomysł, ale też własne badania i przemyślenia na zaawansowanym poziomie – przyznaje prof. Piotr Donizy, który został merytorycznym opiekunem Bartosza Poniewierki w ramach programu mentorskiego „Młoda Nauka”. Wystarczyło pomóc mu przekuć je w konkretny plan, nadać kierunek i przejść przez procedury administracyjne.

Bartosz Poniewierka studiuje medycynę i z nią chce wiązać swoją przyszłość, ale jednocześnie jego wielką pasją jest informatyka. Pracuje jako informatyk w firmie biotechnologicznej, która zajmuje się wdrażaniem sztucznej inteligencji. Po zajęciach postanowił podzielić się z prof. Donizym swoimi pomysłami i ten spontaniczny odruch zaowocował współpracą.


– W tamtym momencie potrzebowaliśmy pomocy w napisaniu wniosków grantowych, które przygotowaliśmy jako SKN Medical Image Analysis and Research in Pathology – mówi Bartosz Poniewierka. – Jednak nie była to tylko kwestia techniczna, choć i ta pomoc jest nieoceniona, bo brakuje nam wprawy w przechodzeniu przez biurokratyczne bariery. Z mojej perspektywy bezcenne jest doświadczenie profesora i jego ogromna wiedza. Dzięki nim jedne pomysły mogą się rozwijać, a kolejne – tworzyć się od początku.

Poza standardem 

Prof. Piotr Donizy z kolei dodaje, że i on sam odnosi niebywałe korzyści merytoryczne ze współpracy ze swoim podopiecznym, którego wiedza informatyczna i świeżość spojrzenia są inspirujące.

Przysłuchując się rozmowie obu panów na temat laserów w patomorfologii, można dojść do wniosku, że „trafił swój na swego”. Oni mogą tak długo, reszta świata przestaje mieć znaczenie. A rozmawiają przynajmniej kilka razy w tygodniu. Standardowe godziny spotkań? W tej relacji nic nie jest standardowe, ale raczej późny wieczór, bo wcześniej obaj nie mają czasu. Student podkreśla, jak wielkim ułatwieniem w tej współpracy jest otwartość i dostępność profesora niemal o każdej porze dnia i nocy. Poza rutynowymi spotkaniami, spędzają wiele godzin na rozmowach telefonicznych. Na pytanie o rekord, obaj się chwilę zastanawiają. Dwie godziny? A może trzy? Ale można przypuszczać, że nie doszacowują swoich możliwości, bo ludzie z pasją często tracą poczucie czasu.

Z pomocą prof. Piotra Donizego powstały do tej pory trzy wnioski: pierwszy o nanogrant w obszarze mikrobiologii – wytworzenie specjalnego podłoża umożliwiającego przy użyciu spektroskopii Ramanowskiej ocenę gatunkową patogenu, a w dalszej przyszłości automatyczne tworzenie antybiogramów, drugi – w ramach programu z Funduszu Aktywności Studenckiej (FAST), dotyczący badań przesiewowych dna oka i trzeci – największy, do programu „Studenckie koła naukowe tworzą innowacje”. Pierwszym sukcesem było przyznanie nanograntu w ramach działalności UMW, a w ostatnich dniach ogłoszono zwycięzców najnowszej edycji FAST. Wśród pięciu wniosków z UMW dofinansowanie otrzymał projekt SKN Medical Image Analysis and Research in Pathology (MIARP) – „InsightEye: Zajrzyj w oczy”.

Studencki projekt wielkiej wagi 

Zarówno mentor, jak i jego podopieczny nie ukrywają, że wiążą ogromne nadzieje z trzecim wnioskiem. Bo to jest naprawdę duża rzecz, która mogłaby otworzyć zupełnie nowy rozdział w polskiej patomorfologii.


– Ten projekt mógłby wprowadzić w Polsce rozwiązanie na poziomie światowych ośrodków: system łączący bardzo nowoczesne badanie próbek z biopsji skóry z automatyczną analizą komputerową – podkreśla Bartosz Poniewierka. – To pomysł, który ma szansę realnie zmienić sposób, w jaki patrzymy na preparat, czyli z obrazu w mikroskopie przejść do danych, które można obiektywnie porównać i zinterpretować. Celem jest wsparcie diagnostyki nowotworów złośliwych skóry poprzez stworzenie bazy danych, a następnie programu sztucznej inteligencji, który będzie potrafił oceniać skany preparatów i wskazywać, czy w materiale są komórki nowotworowe, oraz jaki to typ zmiany.
Projekt zakłada pracę nad kilkoma wyjątkowo istotnymi i trudnymi diagnostycznie nowotworami, w tym czerniakiem, rakiem podstawnokomórkowym, rakiem płaskonabłonkowym oraz rakiem z komórek Merkla. Zespół studentów chce wykonać bardzo dużą liczbę pomiarów na preparatach, zbudować uporządkowaną bazę danych i na tej podstawie wytrenować algorytmy tak, aby były powtarzalne i odporne także na nietypowe, rzadziej spotykane warianty zmian.

Sercem przedsięwzięcia jest spektroskopia ramanowska, czyli metoda, która pozwala „zajrzeć” w skład tkanki za pomocą światła lasera. W praktyce tkanka oświetlona laserem oddaje część światła w charakterystyczny sposób, a powstający sygnał można porównać do odcisku palca. Taki „odcisk” jest inny dla zdrowej tkanki i inny dla tkanki zmienionej chorobowo, dlatego ta technika może dawać dodatkową, obiektywną informację o badanym materiale i może być analizowana komputerowo.
Studentom z koła naukowego MIARP udało się już opracować proces obróbki technologicznej podłoży specjalnie dedykowanych do usuwania zanieczyszczeń wpływających na wyniki analizy. Dodatkowo opracowali specjalną procedurę usuwania autofluorescencji z tkanek, co pozwoliło uzyskać powtarzalne widma ramanowskie z testowanych preparatów. Wyniki ich dotychczasowych badań będą opublikowane w niedalekiej przyszłości.

Dziś szersze wykorzystanie tej metody ogranicza mała dostępność. Jak podkreślają autorzy projektu, w Polsce tego typu badania wciąż nie są standardem i w praktyce, gdy potrzebne są pomiary wykonywane tą techniką, próbki bywają kierowane do wyspecjalizowanych ośrodków zagranicznych, w tym do Londynu, gdzie inna gałąź spektroskopii ramanowskiej jest wykorzystywana na co dzień.


– Właśnie dlatego pomysł studentów ma tak dużą wagę kliniczną: chodzi nie tylko o stworzenie kolejnego programu, ale o zbudowanie kompetencji i zaplecza, które pozwoli prowadzić tego typu analizy na miejscu, bez kosztownego i czasochłonnego „wywożenia diagnostyki i nauki” za granicę – mówi prof. Piotr Donizy. – W tym projekcie nowatorskie jest nie tylko użycie AI, ale przede wszystkim próba połączenia ramanowskiego „odcisku palca” tkanki z klasyczną patomorfologią w sposób, który może dać powtarzalny, mierzalny i klinicznie użyteczny wynik. Wprowadzenie takiego rozwiązania oznaczałoby realną szansę na szybsze i bardziej obiektywne wspieranie decyzji diagnostycznych, a w konsekwencji na skrócenie drogi pacjenta od podejrzenia choroby do rozpoczęcia leczenia, w szczególności rzadkich chorób zwanych amyloidozami. Co równie ważne, byłby to przykład unikatowego w skali kraju połączenia skanowania preparatów metodą ramanowską z analizą opartą o sztuczną inteligencję, rozwijanego oddolnie przez zespół studencki, ale z ambicją, by jego efekty dało się później skalować i wdrażać szerzej.


– Jednakże spektroskopia ramanowska nie ogranicza się do samej patomorfologii – podkreśla Bartosz Poniewierka. – Współpracujemy wraz z dr hab. Emilem Albertem Paluchem, prof. UMW nad opracowaniem specjalnego podłoża SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy), który umożliwi zwiększenie sygnału od bakterii otrzymanego podczas naświetlania laserem. Na podstawie tak uzyskanych wyników chcemy stworzyć bazę danych, która początkowo umożliwi nam rozróżnianie gatunkowe patogenów, a w dalszej perspektywie otrzymywanie informacji o spektrum lekooporności danych drobnoustrojów - bez konieczności hodowli, która wymaga dużo czasu.  Biorąc pod uwagę zwiększającą się antybiotykoporność, byłby to system mogący przyspieszyć wdrożenie celowanego leczenia. Są to plany bardzo dalekosiężne, z perspektywą kilkunastoletnią, ale wierzymy, że uda nam się je osiągnąć.

Bartosz Poniewierka przyznaje, że idąc na studia był zdecydowany na specjalizację zabiegową, ale z biegiem nauki i poszerzania horyzontów zaczął rozważać również inne opcje. Dziś mówi, że chciałby poświęcić się w przyszłości patomorfologii, która jest gigantycznym polem do zastosowania nowoczesnych technologii. To także efekt spotkania z mentorem, który –  jak mało kto – umie zarażać swoją pasją.