Η Γενετική και η Μηχανική Μάθηση στις υπηρεσίες της μετάγγισης αίματος

*της Δρος Ανδρούλλας Ελευθερίου

Τον δρόμο για καλύτερα αποτελέσματα μετάγγισης αίματος για τους ασθενείς και βελτιωμένη προστασία των αποθεμάτων αίματος ανοίγει η Mηχανική Mάθηση (Machine Learning), σύμφωνα με πρωτοπόρες μελέτες που διεξήγαγε πρόσφατα ομάδα Βρετανών εμπειρογνωμόνων διεθνούς εμβέλειας.

Η διαθεσιμότητα αίματος για την υποστήριξη της μετάγγισης αίματος είναι κρίσιμη για την παροχή ιατρικής περίθαλψης. Η μετάγγιση ερυθρών αιμοσφαιρίων χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ασθενών που έχουν χάσει αίμα λόγω τραύματος ή χειρουργικής επέμβασης ή που δεν είναι σε θέση να παράγουν υγιή ερυθρά αιμοσφαίρια, όπως οι ασθενείς με θαλασσαιμία και δρεπανοκυτταρική νόσο.

Αξίζει να σημειωθεί ενδεικτικά πως για την υποστήριξη πάνω από 500.000 μεταγγίσεων ετησίως, η υπηρεσία Αιμοδοσίας και Μεταμοσχεύσεων (NHSBT) του βρετανικού εθνικού συστήματος υγείας (NHS) χορηγεί συνολικά 1,4 εκατομμύρια μονάδες αίματος που συλλέγονται από 800.000 δότες.

Η ασφάλεια της μετάγγισης προϋποθέτει συμβατότητα των ομάδων αίματος

Τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν "ετικέτες" ή αντιγόνα στην επιφάνειά τους, τα οποία μπορεί να αναγνωρίσει το ανοσοποιητικό σύστημα. Ο συνδυασμός αντιγόνων των ερυθρών αιμοσφαιρίων είναι μοναδικός για κάθε άτομο και αποτελεί την ομάδα αίματός του. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν ακούσει για τα αντιγόνα Α, Β και Ο των τεσσάρων κύριων ομάδων του συστήματος ΑΒΟ – A, B, AB ή O. Εντούτοις, υπάρχουν πάνω από 300 άλλα αντιγόνα ομάδων αίματος που είναι σημαντικό να ταιριάζουν, ιδιαίτερα σε ασθενείς που εξαρτώνται από συχνές, δια βίου μεταγγίσεις, όπως τα άτομα με θαλασσαιμία.

Εάν ένας ασθενής μεταγγιστεί με αίμα που περιέχει ένα "ξένο" προς αυτόν αντιγόνο, μπορεί να σχηματίσει ένα αντίσωμα εναντίον του. Εάν ο ασθενής αυτός μεταγγιστεί στη συνέχεια με αίμα που περιέχει το ίδιο ‘’ξένο’’ αντιγόνο στα ερυθρά αιμοσφαίρια, το ανοσοποιητικό του σύστημα μπορεί να αντιδράσει και να καταστρέψει με τα αντισώματα που ήδη δημιουργήθηκαν στον οργανισμό του τα ερυθρά αιμοσφαίρια του δότη, προκαλώντας την επονομαζόμενη «αιμολυτική αντίδραση μετάγγισης» (HTR). Η αντίδραση αυτή μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές αντιδράσεις ή ακόμη και να αποβεί θανατηφόρα για τον ασθενή.

Επί του παρόντος, το αίμα ελέγχεται για συμβατότητα με τις ομάδες αίματος του συστήματος ABO,  και το Rhesus D (RhD) αντιγόνο ("+" ή "-") σε όλους τους ασθενείς, καθώς και ένα ελαφρώς διευρυμένο σύνολο αντιγόνων (C/c, E/e και K) σε μεταγγισιοεξαρτώμενους ασθενείς. Σύμφωνα με την τρέχουσα πρακτική, η αναζήτηση και ταυτοποίηση άλλων ιατρικά σημαντικών αντιγόνων ομάδων αίματος δεν εφαρμόζεται και η αντιστοίχιση πραγματοποιείται μόνο "αντιδραστικά" ή "αμυντικά" μόλις σχηματιστούν αντισώματα. Αυτή η πολιτική ενδέχεται να έχει δυσμενείς επιπτώσεις για την υγεία των ασθενών, οι οποίες θα μπορούσαν να αποφευχθούν εάν βελτιώνονταν οι πρακτικές αντιστοίχισης.

Τα άτομα που υποβάλλονται τακτικά σε μετάγγιση διατρέχουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο

Ένας πρόσφατος έλεγχος στο Ηνωμένο Βασίλειο έδειξε ότι το 17% των ασθενών με θαλασσαιμία ή δρεπανοκυτταρική νόσο έχουν ερυθροκυτταρικά αντισώματα. Η αντιστοίχιση αίματος για τους ασθενείς με δρεπανοκυτταρικά κύτταρα περιπλέκεται περαιτέρω από τις διαφορές στις συχνότητες των ομάδων αίματος μεταξύ των γενεών με την πάροδο των ετών και τους μεικτούς γάμους. Τα άτομα με δρεπανοκυτταρική αναιμία είναι κυρίως αφρικανικής καταγωγής, ενώ το 97% του πληθυσμού των δοτών του Ηνωμένου Βασιλείου είναι ευρωπαϊκής καταγωγής. Αυτό σημαίνει ότι οι τύποι αίματος που είναι κοινοί σε αυτούς τους ασθενείς (π.χ. αρνητικότητα αντιγόνου Duffy) υπάρχουν μόλις στο <1% της βάσης των δοτών του Ηνωμένου Βασιλείου.

Η παρουσία αντισωμάτων σε συνδυασμό με σπάνιους τύπους αίματος συχνά σημαίνει ότι δε μπορεί να βρεθεί κατάλληλο αίμα για ασθενείς που το έχουν ανάγκη, προκαλώντας καθυστερήσεις στην υποστήριξη της μετάγγισης αίματος. Σε ορισμένες μάλιστα περιπτώσεις, δε μπορεί να βρεθεί καθόλου συμβατό αίμα και, ως εκ τούτου η κατάσταση της υγείας των ασθενών επιδεινώνεται προοδευτικά με κίνδυνο ακόμη και για την ίδια τους τη ζωή.

Πώς μπορούμε να βελτιώσουμε τις πρακτικές αντιστοίχισης αίματος για αυτούς τους ασθενείς;

Υπάρχουν δύο βασικοί παράγοντες που εμποδίζουν την εφαρμογή μιας πολιτικής διευρυμένης αντιστοίχισης αίματος στο Ηνωμένο Βασίλειο και που σίγουρα αντικατοπτρίζουν σε μεγάλο βαθμό και τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν και άλλες χώρες, ιδιαίτερα όσες έχουν υψηλό επιπολασμό μεταγγισιοεξαρτώμενων χρόνιων ασθενειών.

Πρώτον, οι τρέχουσες μέθοδοι που βασίζονται σε αντισώματα για την εκτεταμένη τυποποίηση αντιγόνων ομάδων αίματος είναι δαπανηρές και εξαιρετικά χρονοβόρες. Αυτή τη στιγμή, η υπηρεσία Αιμοδοσίας και Μεταμοσχεύσεων (NHSBT)  στο Ηνωμένο Βασίλειο μπορεί να τυποποιήσει μόνο το 15% των δοτών του για όλα τα ιατρικά σημαντικά αντιγόνα.

Δεύτερον, η επιλογή συμβατού αίματος για ασθενείς με πολύπλοκες απαιτήσεις (σπάνια ομάδα αίματος και πολλαπλά αντισώματα) πραγματοποιείται, επί του παρόντος, χειροκίνητα με χρονοβόρες διαδικασίες από επιστήμονες των Τραπεζών Αίματος.

Γονοτυπικός προσδιορισμός ομάδων αίματος για τη λήψη πλήρων ομάδων αίματος

Μια εναλλακτική μέθοδος έναντι της τυποποίησης των αντιγόνων των ομάδων αίματος με βάση τα αντισώματα είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων για τις ομάδες αίματος από την αλληλουχία του DNA ενός ατόμου.

Η Κοινοπραξία Γονιδιωματικής της Μετάγγισης Αίματος - Blood Transfusion Genomics Consortium (BGC) [1],  μια πολυμερής διεθνής συνεργασία μεταξύ παγκόσμιων οργανισμών παροχής αίματος, κορυφαίων ακαδημαϊκών ιδρυμάτων και ηγετών της βιομηχανίας,  έχει αναπτύξει μια απλή στη χρήση, προσιτή, υψηλής απόδοσης εξέταση με βάση μικροσυστοιχία DNA για την τυποποίηση δοτών και ασθενών για όλα τα σχετικά αντιγόνα ερυθρών αιμοσφαιρίων, αιμοπεταλίων και λευκών αιμοσφαιρίων. 

 

Στο πλαίσιο μιας συνεχιζόμενης παγκόσμιας μελέτης κλινικής διαπίστευσης, η εξέταση έχει ήδη εφαρμοστεί στα κλινικά εργαστήρια του Ηνωμένου Βασιλείου (NHSBT) και πολλών άλλων υπηρεσιών αίματος σε όλο τον κόσμο. Αυτή η νέα εξέλιξη θα επιτρέψει στις υπηρεσίες αίματος να αποκτήσουν πλήρη προφίλ ομάδων αίματος για ένα μεγάλο ποσοστό των δοτών τους και στα νοσοκομεία να αποκτήσουν τα προφίλ των τακτικά μεταγγιζόμενων ασθενών.

Αποτελεσματικότερη αντιστοίχιση αίματος υπόσχεται νέος αλγόριθμος 

Για να δουν οι ασθενείς οφέλη από τον προσδιορισμό του γονότυπου, πρέπει να υπάρχει αλγόριθμος υποστήριξης αποφάσεων για την εκτεταμένη αντιστοίχιση αίματος.

Μια ακόμη καινοτόμα, υπό εξέλιξη, μελέτη της κοινοπραξίας Haem-Match [2] με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο στοχεύει στο να μειώσει τους κινδύνους που συνδέονται με τη θεραπεία μετάγγισης αίματος που χορηγείται σε ασθενείς, μέσω της χρήση τεχνητής νοημοσύνης για την ανάπτυξη ενός τέτοιου αλγορίθμου και την ενσωμάτωσή του στην αλυσίδα προμήθειας αίματος ρουτίνας.

Λαμβάνοντας υπόψιν τόσο τα δεδομένα του ασθενούς όσο και του δότη, ο εν λόγω αλγόριθμος θα:

• Βελτιώσει τη φροντίδα των ασθενών παρέχοντας την καλύτερη δυνατή αντιστοίχιση, όπου αυτό είναι δυνατόν.
• Βοηθήσει στη διαχείριση και τη διατήρηση των αποθεμάτων αίματος βελτιστοποιώντας την κατανομή του αίματος και περιορίζοντας τη σπατάλη.

Τα δεδομένα από τον αλγόριθμο θα υποδεικνύουν επίσης για ποιους ασθενείς είναι πιο δύσκολο να παρασχεθεί αίμα, γεγονός που θα βοηθήσει στην υιοθέτηση αποτελεσματικών τακτικών για την προσέλκυση δωρητών.

Συνδυασμός τεχνολογιών που θα βελτιώσει τις μεταγγίσεις αίματος

Οι κοινοπραξίες των BGC και Heam-Match αναμένεται να επιδείξουν αξιόλογες βελτιώσεις στη φροντίδα των ασθενών, μέσω της εισαγωγής της γονιδιωματικής έρευνας και της τεχνητής νοημοσύνης στις συνήθεις διαδικασίες φροντίδας. Η ενσωμάτωση του γονοτύπου ομάδας αίματος και της αντιστοίχισης ακριβείας με βάση την τεχνητή νοημοσύνη στα συστήματα των Τραπεζών Αίματος θα επιτρέψει μια πολιτική διευρυμένης αντιστοίχισης αίματος για τους ασθενείς που τη χρειάζονται. Παράλληλα, θα συμβάλει στην αποφυγή σχηματισμού αντισωμάτων και θα βελτιώσει την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια των μεταγγίσεων.

Πρόκειται για εξαιρετικά ελπιδοφόρες εξελίξεις στον χώρο των μεταγγίσεων, η υιοθέτηση και εφαρμογή των οποίων θα αφορά στο άμεσο μέλλον και την Κύπρο και την Ελλάδα, κυρίως σε ό,τι αφορά τη διαχείριση ασθενών με αιμοσφαιρινοπάθειες που εξαρτώνται από συχνές μεταγγίσεις, όπως οι θαλασσαιμικοί και δρεπανοκυτταρικοί πάσχοντες.

*Δρ. Ανδρούλλα Ελευθερίου

 Ιολόγος BSC, MSc, PhD

Εκτελεστική Διευθύντρια Διεθνούς Ομοσπονδίας Θαλασσαιμίας (ΔΟΘ)  

[1] https://www.bgc.io/about

[2] http://www.donorhealth-btru.nihr.ac.uk/project/blood-transfusion/