V České republice onemocní každoročně stovky lidí chorobami krvetvorby, které vážně ohrožují jejich život. Když metody léčby, jako např. chemoterapie, imunoterapie či biologická léčba nestačí, naději na uzdravení a návrat do plnohodnotného života přináší transplantace krvetvorných buněk od zdravého dárce, mezi lidmi známá jako transplantace kostní dřeně. Český národní registr dárců dřeně (ČNRDD) je v současné době největším registrem dárců dřeně ve střední a východní Evropě a realizuje ročně kolem 100 nepříbuzenských transplantací. K dosažení co největšího úspěchu při transplantaci je nutné co nejvíce urychlit proces výběru potenciálně vhodného dárce, zjednodušit komunikaci mezi příslušnými centry, usnadnit výběr dárce odborníkovi využitím všech dostupných informací a zachovat co největší bezpečnost v celém procesu vyhledávání. Těmto tématům se věnují výzkumníci centra Nové technologie pro informační společnost (NTIS) Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni v rámci projektu Výzkum a vývoj pokročilých IT technologií podpory vyhledávání dárce pro transplantaci kostní dřeně, získanému od Technologické agentury ČR. Spolupráce univerzity a registru je ve světě běžnou a oceňovanou praxí.
Rychle a nepříbuzně
Vzhledem k dosavadnímu důrazu na nábor a kvalitní vyšetření dárců měl ČNRDD donedávna celou oblast informačních technologií výrazně poddimenzovanou a nedostačující. Snahou vědců ZČU je proto vývoj pokročilých metod vyhledávání dárců využívajících DNA znalostí a odstranění limitací informačních systémů v transplantačním procesu se zaměřením na časovou složku procesu, neboť čas - tedy rychlost identifikace kompatibilního dárce a neprodlené provedení nepříbuzenské transplantace - je pro optimální výsledek transplantace jedním z klíčových faktorů. S touto komplexitou se i problémy, které současné metody řeší, staly i mnohem výpočetně náročnější a bylo proto třeba vyvinout metodu novou, využívající odpovídajících pravděpodobnostních modelů.
Zmíněný výzkum a vývoj je založen především na znalostech problematiky HLA systému (transplantačních znaků), transplantačního procesu a na znalostech v kybernetické oblasti (především analytické) a v oblasti informačních technologií. Při vyhledávání vhodného dárce je zcela zásadním požadavkem míra shody v HLA systému na úrovni alel (tzv. alelické shody) mezi dárcem a pacientem. Do nedávné doby při vyhledávání dárce bylo nutné vystačit si se způsoby sérologické klasifikace HLA a informace poskytnuté dárcem byly tímto podstatně méně přesné než dnes, kdy je již využíváno DNA technik. S jejich nástupem se však situace ohledně určování kompatibility pacient-dárce stala výrazně složitější. Počet známých alel se zvýšil ze stovek na několik tisíc (a stále se zvyšuje) a tomuto trendu bylo nutno přizpůsobit i vyhledávací metody.
Principy metody
Metoda se opírá o dva praktické předpoklady, a to že existuje soubor běžných haplotypů a že typizace pacienta je dána ve vysokém rozlišení. Na základě statistické analýzy souboru dárců jsou poté identifikováni tací, jejichž genotyp s největší pravděpodobnostní odpovídá genotypu pacienta.
Pro určení histokompatibility pacient-dárce je potřebná estimace chybějících HLA dat, jak pro pacienta, tak pro dárce. Ta je postavena na případě typizace 5 lokusů (HLA-A/B/C/DRB1/DQB1). Vstupním parametrem samotného vyhledávání je míra shody (match) či definované neshody (mismatch). Navržená metoda je platná nejen pro úplnou míru shody 10/10 (shoda HLA-A/B/C/DRB1/DQB1), ale i menší, např. 8/8 (HLA-A/B/C/DRB1) či požadovanou neshodu na konkrétních lokusech, např. 9/10 HLA-A mismatch.
Nutným předpokladem pro samotné vyhledávání je existence pravděpodobnostního modelu haplotypů a možných haplotypových párů. Z důvodů časové a výpočetní náročnosti je vhodné mít modely předdefinované. Pro nastavení a aktualizaci modelů je potřeba provést rozklad jednotlivých variant antigenů na jednotlivé možné varianty pro všechny lokusy pro každého dárce, sestavit pro ně kombinace všech možných haplotypů HLA-A/B/C/DRB1/DQB1 nad možnými variantami, zkonstruovat všechny možné haplotypové páry a aplikovat nově navržený algoritmus vyhledávání, vycházející z v medicíně a biologii běžně využívaného EM (expectation-maximization) algoritmu, nad tabulkou haplotypových párů dárců. Při odvozování HLA haplotypů společně s apriori informací řeší navržená metoda známý problém rozměrnosti tím, že omezuje prostor prohledávání.
Metoda je škálovatelná podle počtu typizovaných lokusů, počtu alel i nejednoznačných výsledků typizace (ambiguit). Též významně snižuje identifikované množství potenciálních dárců při porovnání s dosud užívaným algoritmem. Pravděpodobnostní informace upřesňují potenciálně shodné dárce, pomáhají v rozhodování odborníkům, a tím umožňují rychlejší výběr dárce. Metoda je tímto aplikovatelná pro celé registry dárců a již byla předběžně otestována na celém dárcovském poolu ČNRDD. Došlo k významnému upřesnění potenciálně shodných dárců, což je důležitým krokem při požadovaném urychlení transplantačního procesu. Konkrétní výběr jediného dárce a poskytnutí informací transplantačnímu centru (TC) pro provedení transplantace je poté závislý na spolupráci Koordinačního centra ČNRDD, HLA laboratoře a všech s registrem kooperujících dárcovských center (DC). Zde se projevuje potřebná IT činnost odstraňování komunikačních nedostatků.
Ing. Lucie Houdová, Ph.D.
Vědecko-výzkumná pracovnice z biolaboratoře centra NTIS
Projekt NTIS je financován z Evropského fondu pro regionální rozvoj, č. projektu: CZ.1.05/1.1.00/02.0090.