دانشمندان دانشگاه توکیو فناوری جدیدی به نام «نانومتری عمیق» (Deep Nanometry) توسعه داده‌اند که با ترکیب تجهیزات نوری پیشرفته و الگوریتم کاهش نویز مبتنی بر یادگیری عمیق، قابلیت تحلیل نانوذرات با دقت بالا را فراهم می‌کند.
هوش مصنوعی با کمک فناوری‌نانو بیماری‌ها را زودتر شناسایی می‌کند
این فناوری می‌تواند نانوذرات موجود در نمونه‌های پزشکی را با سرعت بسیار بالا بررسی کرده و حتی مقادیر ناچیزی از ذرات نادر را نیز با دقت شناسایی کند. نانومتری عمیق تاکنون توانسته حضور وزیکول‌های خارج‌سلولی (EVs) را که از نشانه‌های اولیه سرطان روده محسوب می‌شوند، تشخیص دهد و امید می‌رود که در سایر زمینه‌های پزشکی و صنعتی نیز کاربرد داشته باشد.
بدن انسان مملو از ذرات میکروسکوپی است که کوچک‌تر از سلول‌ها هستند. از جمله این ذرات، وزیکول‌های خارج‌سلولی هستند که می‌توانند در تشخیص زودهنگام بیماری‌ها و همچنین در سامانه‌های انتقال دارو مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، این ذرات بسیار نادر هستند و یافتن آن‌ها در میان میلیون‌ها ذره دیگر به یک فرایند پیش‌غنی‌سازی (Pre-enrichment) زمان‌بر و پرهزینه نیاز دارد.
این چالش محققان، از جمله دکتر یوئیچیرو ایواموتو پژوهشگر پسادکتری در مرکز تحقیقات علوم پیشرفته و فناوری دانشگاه توکیو، را بر آن داشت تا راهکاری برای تشخیص سریع و دقیق وزیکول‌های خارج‌سلولی توسعه دهند.
ایواموتو در این باره می‌گوید: «روش‌های اندازه‌گیری متداول اغلب از نظر توان پردازشی محدودیت‌هایی دارند و نمی‌توانند ذرات نادر را در مدت‌زمان کوتاهی شناسایی کنند. برای رفع این مشکل، ما فناوری نانومتری عمیق (DNM) را توسعه دادیم که شامل دستگاهی جدید برای تشخیص نانوذرات و یک روش کاهش نویز مبتنی بر یادگیری عمیق بدون نظارت است که حساسیت این فناوری را افزایش می‌دهد. این سیستم با توان عملیاتی بالا، امکان شناسایی دقیق ذرات نادری مانند وزیکول‌های خارج‌سلولی را فراهم می‌کند.»
تحقیقات منتشرشده در ژورنال Nature Communications نشان می‌دهد که فناوری نانومتری عمیق قادر است ذراتی به کوچکی ۳۰ نانومتر را شناسایی کند. این در حالی است که می‌تواند بیش از ۱۰۰ هزار ذره را در هر ثانیه تشخیص دهد. در روش‌های سنتی تشخیص سریع، اغلب تنها سیگنال‌های قوی ثبت می‌شوند و احتمال از دست رفتن سیگنال‌های ضعیف وجود دارد. اما فناوری نانومتری عمیق قادر است این سیگنال‌های ضعیف را نیز شناسایی کند.
این موضوع را می‌توان به جستجوی یک قایق کوچک در دریای متلاطم تشبیه کرد. زمانی که امواج بلند دریا آرام شوند، جستجو برای یافتن قایق بسیار آسان‌تر می‌شود. در این فناوری، هوش مصنوعی نقش مهمی ایفا می‌کند و با یادگیری رفتار امواج، به حذف نویزهای پس‌زمینه کمک می‌کند.
فناوری نانومتری عمیق علاوه بر تشخیص پزشکی، می‌تواند در حوزه‌های دیگر نیز تحول‌آفرین باشد. این فناوری امکان استفاده در تشخیص‌های کلینیکی مبتنی بر ذرات، توسعه واکسن‌ها، پایش محیط‌زیست و حتی در تحلیل سیگنال‌های الکتریکی را دارد.
ایواموتو درباره این دستاورد می‌گوید: «توسعه فناوری نانومتری عمیق برای من یک مسیر شخصی نیز بود. این تنها یک پیشرفت علمی نیست، بلکه ادای احترامی به مادرم است که الهام‌بخش من برای تحقیق در زمینه تشخیص زودهنگام سرطان شد. رؤیای ما این است که بتوانیم روش‌های تشخیصی نجات‌بخش را سریع‌تر و در دسترس‌تر کنیم.»
