نموذج COMPASS من هارفارد: ثورة في توقع استجابة مرضى السرطان للعلاج المناعي

إليك تقرير شامل عن نموذج COMPASS الجديد.

كيف يتنبأ نموذج COMPASS بالاستجابة للعلاج المناعي؟

COMPASS هو نموذج ذكاء اصطناعي مؤسس (Foundation Model) تم تطويره بواسطة كلية الطب بجامعة هارفارد وشركة روش فارما. يقوم النموذج بالتنبؤ بما إذا كان مريض السرطان سيستجيب لمثبطات نقاط التفتيش المناعية (ICIs) من خلال تحليل بيانات التعبير الجيني للورم (RNA-seq) .

يعمل النموذج على مرحلتين:

1. التدريب المسبق على بيانات واسعة من أنواع السرطان – يتم تدريب COMPASS مسبقاً على بيانات التعبير الجيني الشامل (bulk RNA-seq) من 10,184 ورماً تغطي 33 نوعاً من السرطان، مستخدماً تقنية التعلم الذاتي الخاضع للإشراف (self-supervised learning) لتعلم الأنماط العامة لبيولوجيا الورم والجهاز المناعي .

2. الضبط الدقيق على مجموعات سريرية للعلاج المناعي – يتم بعد ذلك ضبط النموذج المُدرّب مسبقاً على بيانات 16 مجموعة سريرية مستقلة تغطي 7 أنواع من السرطان (بما في ذلك الميلانوما، وسرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة، وسرطان المعدة، والمثانة، والكلى، والأرومة الدبقية، وسرطان الرأس والعنق) و6 أنظمة علاجية مختلفة للعلاج المناعي .

عند إجراء التنبؤ، يقوم COMPASS بإدخال ملف التعبير الجيني للورم (بوحدات TPM) بالإضافة إلى رمز نوع السرطان، ويُخرج نتيجتين :

• 44 درجة مفهومية – وهي قياسات كمية لمفاهيم مناعية بيولوجية قابلة للتفسير، مثل حالات الخلايا التائية المساعدة (CD8⁺ T cells)، والخلايا التائية المنهكة، والخلايا البائية، وتفاعلات الورم مع البيئة الدقيقة، ومسارات الإشارات مثل مسار IFN-γ ومسار TGF-β.
• احتمالات متوقعة – تقدير النموذج لاحتمالية الاستجابة العلاجية (مستجيب مقابل غير مستجيب).

ما الذي يميز COMPASS عن الطرق الحالية؟

هندسة معمارية قابلة للتفسير (Concept Bottleneck). على عكس معظم نماذج التعلم العميق التي تعمل كصندوق أسود، يستخدم COMPASS تصميمًا يسمى "عنق الزجاجة المفاهيمي": فهو يقوم أولاً بتحويل بيانات التعبير الجيني الخام إلى 44 مفهوماً مناعياً عالي المستوى وقابلاً للتفسير البشري، ثم يستخدم هذه المفاهيم لإجراء التنبؤ النهائي . هذا يعني أن الأطباء والباحثين يمكنهم رؤية لماذا تم اتخاذ قرار معين، على سبيل المثال: "من المتوقع أن يستجيب هذا المريض لأنه يعاني من تسلل عالٍ للخلايا التائية CD8⁺ وتنشيط قوي لمسار IFN-γ."

قابلية التعميم عبر أنواع السرطان بفضل التعلم النقلي (Transfer Learning). العديد من نماذج التنبؤ الحالية تُدرّب على نوع واحد من السرطان أو مجموعة صغيرة، مما يحد من قدرتها على التعميم. COMPASS مُدرّب مسبقاً على 33 نوعاً من السرطان ومُحسّن عبر مجموعات سريرية متنوعة، مما يسمح له بالتعميم عبر أنواع مختلفة من السرطان والعلاجات، وحتى على أنواع السرطان والأدوية التي لم يرها أثناء الضبط الدقيق .

يتفوق على المؤشرات الحيوية القياسية. وفقاً للدراسة الأولية، كانت تنبؤات COMPASS أكثر دقة بشكل ملحوظ من اختبارات PD-L1 والحمل الطفري للورم (TMB) – وهما أكثر المؤشرات الحيوية السريرية استخداماً – في التنبؤ بنتائج البقاء على قيد الحياة. في تجربة لسرطان المسالك البولية من المرحلة الثانية، حقق COMPASS نسبة خطر (Hazard Ratio) قدرها 4.7 (p < 0.0001) لتصنيف البقاء على قيد الحياة، متجاوزاً بشكل كبير أداء PD-L1 .

قابلية تفسير ميكانيكية. من خلال تحليل SHAP على درجات المفاهيم الـ 44، يستطيع COMPASS تحديد الآليات البيولوجية التي تقود الاستجابة أو المقاومة لدى المرضى الأفراد وعبر أنواع السرطان، مما يوفر رؤى حول آليات المقاومة .

التطبيقات السريرية المحتملة

• اختيار أفضل للمرضى للعلاج المناعي. يمكن لـ COMPASS المساعدة في تحديد المرضى الأكثر احتمالاً للاستفادة من العلاج المناعي، مما يعفي غير المستجيبين من علاجات غير فعالة وآثار جانبية غير ضرورية .
• تصميم التجارب السريرية. يمكن للنموذج دعم تصميم التجارب السريرية من خلال تمكين اختيار أكثر دقة للمجموعات، مما قد يقلل من حجم التجارب ويسرع من تطوير الأدوية .
• رؤى حول آليات المقاومة. من خلال الكشف عن المسارات المناعية التي تسبب عدم الاستجابة لدى مرضى محددين أو أنواع معينة من السرطان، يمكن أن يساعد COMPASS في تصميم استراتيجيات علاجية مركبة وتحديد آليات مقاومة جديدة .
• أداة متاحة للجمهور. يتوفر خادم ويب وأدوات لإجراء تنبؤات COMPASS عبر مختبر Zitnik في هارفارد، والكود والنماذج المُدرّبة مسبقاً متاحة للعموم على GitHub وموقع immuno-compass.com .

القيود التي يجب ملاحظتها

الدراسة الأولية لـ COMPASS (المنشورة في مايو 2025 على medRxiv) لم تخضع بعد لمراجعة الأقران الرسمية، على الرغم من نشرها في PMC كدراسة ممولة من المعاهد الوطنية للصحة . يتطلب النموذج بيانات RNA-seq الشامل كمدخلات، وهو ليس جزءاً من سير العمل السريري الروتيني لجميع مرضى السرطان بعد. بالإضافة إلى ذلك، لم تُنشر بعد دراسات التحقق السريري المستقبلية المستقلة.