《 AI使得X光片成为关节炎治疗的“时间机器”》

  • 编译者: 梁美宏
  • 发布时间:2025-10-30
  • 萨里大学的研究团队开发了一种新的人工智能系统,可以预测患者未来一年的膝盖X光片。这项突破性进展或将改变数以百万计患有骨关节炎的人们对其病情的理解和管理能力。

    该研究在2025年国际医学图像计算与计算机辅助干预大会(MICCAI 2025)上发表,描述了一种强大的AI模型,能够生成逼真的“未来”X光片,并提供个性化的风险评分来估计疾病进展。这些输出结果为医生和患者提供了关于骨关节炎随时间变化的可视化路线图。 骨关节炎是一种影响全球超过5亿人的退行性关节疾病,是老年人残疾的主要原因。萨里大学的系统通过大约5万名患者的近5万张膝盖X光片进行训练,使其成为同类数据集中最大的之一。该系统的疾病进展预测速度比其他类似的AI工具快大约九倍,并且操作效率和准确性更高。研究人员认为,这种速度和精度的结合有助于更快地将该技术融入临床实践。

     该研究的首席作者、萨里大学视觉、语音和信号处理中心(CVSSP)及以人为本人工智能研究所的David Butler解释道:“我们习惯于医疗AI工具给出一个数字或预测,但解释不多。我们的系统不仅预测你的膝盖恶化的可能性——它实际上展示了那个未来膝盖可能看起来的现实图像。看到今天的X光片和明年的X光片并列在一起,是一种强有力的激励措施。这帮助医生更早采取行动,并使患者更清楚地了解坚持治疗计划或改变生活方式的重要性。”研究人员认为,这将成为一个转折点,改变人们对骨关节炎管理和治疗的方式。

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    • 骨关节炎是与机体衰老密切相关的退行性骨关节病,严重影响老年群体的生活质量。对于骨关节炎患者,目前尚无安全有效的治疗方法。间充质干细胞的衰老和耗竭被认为是骨关节炎的主要诱因之一。因此,揭示间充质干细胞衰老的分子机制将为有效干预骨关节炎提供线索和靶标。   中国科学院生物物理研究所刘光慧研究组、北京大学汤富酬研究组和中国科学院动物研究所曲静研究组合作,首次揭示表观调节蛋白CBX4具有稳定人间充质干细胞核仁异染色质结构、维持细胞年轻化的作用。更为重要的是,基于该蛋白过表达的基因治疗可在小鼠中显著缓解骨关节炎的病理表型。该研究于3月26日以Maintenance of nucleolar homeostasis by CBX4 alleviates senescence and osteoarthritis 为题发表在Cell Reports 杂志。   CBX4是PRC1(Polycomb repressive complex 1)蛋白复合物的组分之一,作为转录抑制因子,其在机体发育和细胞分化过程中发挥表观调控作用。在该研究中,研究人员发现CBX4是维持人间充质干细胞年轻态的重要分子开关。CBX4在衰老的人间充质干细胞中表达量显著下调;利用CRISPR/Cas9敲除CBX4可导致人间充质干细胞加速衰老。在机制方面,CBX4通过与核仁及异染色质蛋白的相互作用,维持核仁rDNA异染色质稳态,确保rRNA适度转录,防止蛋白质过度翻译,从而维持细胞的年轻状态。在细胞水平,过表达CBX4可延缓人间充质干细胞的衰老;在组织水平,向骨关节炎小鼠的关节腔中注射CBX4过表达慢病毒能降低衰老细胞比例,抑制炎症反应,刺激软骨再生,从而有效缓解骨关节炎的病理过程。   该研究首次从概念上证明了通过基因导入干细胞“年轻化”因子治疗骨关节炎的可行性,为衰老相关疾病的干预提供了全新的解决方案,在老年医学和再生医学中具有重要应用前景。   该研究工作由生物物理所、动物所、中国科学院干细胞与再生创新研究院、北京大学、首都医科大学宣武医院等机构合作完成。刘光慧、汤富酬以及曲静为共同通讯作者。生物物理所博士后任晓庆、北京大学博士研究生胡博强及动物所研究员宋默识为并列第一作者。该项目得到科技部、国家自然科学基金委和中国科学院先导专项等的支持。
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    • 骨关节炎是一种异质性的关节疾病,缺乏一种有临床意义的疾病调节药物。动物模型有利于了解基本的关节病理学,并对已确定的靶点进行临床试验提供依据。本综述旨在讨论目前正在进行动物研究或早期临床试验的有前途的骨关节炎治疗靶点。 在PubMed上搜索了2017年至2021年期间发表的文章,关键词为:(骨关节炎和自噬)或(骨关节炎和衰老)或(骨关节炎和TGFbeta)或(骨关节炎和EGFR)或(骨关节炎和Wnt/β-catenin)或(骨关节炎和炎症)。具体目标包括PI3/AKT/mTOR途径、表皮生长因子受体、Toll样受体和炎症性白细胞介素等。 很明显,骨关节炎的治疗靶点领域已经有了巨大的发展。我们对以前确定的靶点有了更好的理解,确定了新的靶点,并有机会探索通过病毒载体增强药物的传输。尽管如此,在大多数情况下,仍然缺乏转化临床效益。我们认为这可能是由于疾病的异质性,缺乏早期诊断标志物,临床前动物模型和临床人群不匹配,以及许多相关靶点的复杂作用。