<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="brief-report" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Russian Journal of Infection and Immunity</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Russian Journal of Infection and Immunity</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Инфекция и иммунитет</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">2220-7619</issn><issn publication-format="electronic">2313-7398</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">SPb RAACI</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">1999</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.15789/2220-7619-AII-1999</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>SHORT COMMUNICATIONS</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Short Communication</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">Artificial intelligence in the immunodiagnostics of chronic periodontitis</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Искусственный интеллект в иммунодиагностике хронического пародонтита</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-1129-8335</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="scopus">934044</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="researcherid">ABD-8217-2020</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">4934-3745</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Mudrov</surname><given-names>Valery P.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Мудров</surname><given-names>Валерий Павлович</given-names></name></name-alternatives><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><bio xml:lang="en"><p>PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Medical Biochemistry and Immunopathology, Academic Educational Center for Fundamental and Translational Medicine; Pathologist, Diagnostic Clinical Center No. 1 </p></bio><bio xml:lang="ru"><p>к.м.н., ассистент кафедры медицинской биохимии и иммунопатологии академического образовательного центра фундаментальной и трансляционной медицины (АОЦФТМ); врач клинической лабораторной диагностики </p></bio><email>vpmudrov@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><xref ref-type="aff" rid="aff2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">Russian Medical Academy of Continuous Professional Education</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">ФГБОУ ДПО Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава России</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff2"><aff><institution xml:lang="en">Diagnostic Clinical Center No. 1 of the Moscow Department of Health</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">ГБУ Диагностический клинический центр № 1 Департамента здравоохранения г. Москвы</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="preprint" iso-8601-date="2022-09-08" publication-format="electronic"><day>08</day><month>09</month><year>2022</year></pub-date><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2022-12-30" publication-format="electronic"><day>30</day><month>12</month><year>2022</year></pub-date><volume>12</volume><issue>6</issue><issue-title xml:lang="en"/><issue-title xml:lang="ru"/><fpage>1186</fpage><lpage>1190</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2022-07-17"><day>17</day><month>07</month><year>2022</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2022-08-18"><day>18</day><month>08</month><year>2022</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2022, Mudrov V.P.</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2022, Мудров В.П.</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Mudrov V.P.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Мудров В.П.</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://iimmun.ru/iimm/article/view/1999">https://iimmun.ru/iimm/article/view/1999</self-uri><abstract xml:lang="en"><p>Artificial intelligence is used to diagnose various diseases of the oral cavity. In the field of clinical laboratory diagnostics, machine learning algorithms are used in the interpretation of complex biochemical data. The purpose of this study was to search for significant infectious-immunological clinical and laboratory data based on a machine learning algorithm for chronic periodontitis. To do this, 124 patients aged 40 to 70 years diagnosed with chronic periodontitis were examined by real-time PCR to detect the periodontal pocket DNA of human herpes viruses and bacterial periodontopathogenic microflora <italic>Fusobacterium nucleatum, Treponema denticola, Porphyromonas endodontalis</italic> etc., and <italic>Porphyromonas gingivalis</italic>. Matrix RNAs of proinflammatory cytokines and other markers of chronic inflammatory process were also studied: IL-1β, IL-10, IL-18, TNFa, TLR4, GATA3, CD68. TNFa, IFNg, IL-1β, IL-4, IL-6, IL-10, IL-18; VEGF were determined in a dentoalveolar fluid. Immune cells of the oral cavity were evaluated by analyzing level of CD3<sup>+</sup>, CD4<sup>+</sup>, CD8<sup>+</sup>, CD3<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, CD64<sup>+</sup>16<sup>+</sup>14<sup>–</sup>, CD4<sup>+</sup>25<sup>+</sup>127<sup>+low</sup>, CD3<sup>+</sup>CD16<sup>+</sup>CD56<sup>+</sup>, CD3<sup>–</sup>CD16<sup>+</sup>CD56<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>+</sup>B27<sup>–</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>B27<sup>–</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>B27<sup>+</sup> cells. Random forest machine learning was used to evaluate the data. A relationship between pathogenic microflora and modality of immune response was revealed. The proinflammatory component reflected in the expression of IL-1β, TNFa, and IFNg mRNA, prevailed in the immune response against aggressive periodontal pathogens: <italic>T. denticola, F. nucleatum</italic>, etc. The random forest machine learning algorithm selected correlation ratios r ≥ 0.5 (both positive and negative) from a set of data for further analysis by the operator. The random forest machine learning model showed the following significant combinations of data by 10% with a teacher: VEGF, CD3<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>HLA-DR, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>CD27<sup>+</sup>, as well as TLR4, IL-1b, IL-10, TNFa, and IL-18 mRNA. The development of the applied “random forest” machine learning model with a teacher has already shown a 25% difference: <italic>P. endodontalis</italic>, GATA3, CD3<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>CD27<sup>+</sup>, as well as TLR4, TNFa, IL-1b, IL-10, and IL-18 mRNA. The search for significant infectious-immunological clinical and laboratory data based on a machine learning algorithm for chronic periodontitis has shown the importance of proinflammatory cytokines, monocytes, T-lymphocytes and memory B-cells in the development of osteodestructive inflammatory process of mRNA to reveal non-evident causality factors.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>Искусственный интеллект используется для диагностики различных заболеваний полости рта. В области клинической лабораторной диагностики алгоритмы машинного обучения применяются в интерпретации сложных биохимических данных. Точную диагностическую информацию о пародонтите можно получить при создании комбинации соответствующих биомаркеров с необходимой чувствительностью и специфичностью. Целью настоящего исследования стал поиск значимых инфекционно-иммунологических клинико-лабораторных данных на основе алгоритма машинного обучения при хроническом пародонтите. Для этого обследовано 124 пациента в возрасте от 40 до 70 лет с диагнозом «Хронический пародонтит», которым методом ПЦР в реальном времени провели исследование кармана пародонта на ДНК вирусов герпеса человека и бактериальную пародонтопатогенную микрофлору <italic>Аggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Tannerella forsythia, Treponema denticola, Prevotella intermedia, Porphyromonas endodontalis, Porphyromonas gingivalis</italic>. Также изучались матричные РНК провоспалительных цитокинов и другие маркеры хронизации воспалительного процесса: IL-1β, IL-10, IL-18, TNFα, TLR4, GATA3, CD68. В пробе зубодесневой жидкости определяли TNFα, IFNγ, IL-1β, IL-4, IL-6, IL-10, IL-18, VEGF. Иммунные клетки ротовой полости оценивали по содержанию CD3<sup>+</sup>, CD4<sup>+</sup>, CD8<sup>+</sup>, CD3<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, CD64<sup>+</sup>CD16<sup>+</sup>CD14<sup>–</sup>, Treg CD4<sup>+</sup>CD25<sup>+</sup>CD127<sup>+low</sup>, T-NK CD3<sup>+</sup>CD16<sup>+</sup>CD56<sup>+</sup>, NK CD3<sup>–</sup>CD16<sup>+</sup>CD56<sup>+</sup>, СD14<sup>+</sup>, СD14<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>HLA-DR<sup>+</sup>, B1 CD19<sup>+</sup>CD5<sup>+</sup>B27<sup>–</sup>, B2 CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>B27<sup>–</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>B27<sup>+</sup>. Для оценки данных использовалось машинное обучение «random forest». Была выявлена связь между патогенной микрофлорой и характером иммунного ответа. Преобладал провоспалительный компонент, выраженный в экспрессии мРНК IL-1β, TNFα, IFNγ в иммунном ответе на агрессивные пародонтопатогены: <italic>Treponema denticola, Fusobacterium nucleatum</italic> и др. Алгоритм машинного обучения «random forest» выбрал из множества данных корреляционные отношения r ≥ 0,5 (как положительные, так и отрицательные) для проведения дальнейшего анализа оператором. Модель машинного обучения «random forest» на 10% с учителем показала следующие значимые сочетания данных: VEGF, CD3<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>HLA-DR, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>CD27<sup>+</sup>, а также мРНК TLR4, IL-1b, IL-10, TNFa, IL-18. Развитие примененной модели «random forest» машинного обучения с учителем уже на 25% показала отличия: <italic>P. endodontalis</italic>, GATA3, CD3<sup>+</sup>, CD14<sup>+</sup>, CD19<sup>+</sup>CD5<sup>–</sup>CD27<sup>+</sup>, а также мРНК TLR4, TNFa, IL-1b, IL-10, IL-18. Поиск значимых инфекционно-иммунологических клинико-лабораторных данных на основе алгоритма машинного обучения при хроническом пародонтите показал значимость в развитии остеодеструктивного воспалительного процесса мРНК провоспалительных цитокинов, моноцитов, Т-лимфоцитов и В-клеток памяти. Для поиска взаимосвязей инфекционного иммунопатологического процесса может применяться машинное обучение с учителем на базе модели «random forest», что позволяет статистически обрабатывать большие массивы данных и выявлять неявные причинно-следственные факторы.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>machine learning</kwd><kwd>random forest</kwd><kwd>immunodiagnostics</kwd><kwd>immune cells</kwd><kwd>cytokine mRNA</kwd><kwd>chronic periodontitis</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>машинное обучение</kwd><kwd>random forest</kwd><kwd>иммунодиагностика</kwd><kwd>иммунные клетки</kwd><kwd>мРНК цитокинов</kwd><kwd>хронический пародонтит</kwd></kwd-group><funding-group/></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>Cabitza F., Banfi G. Machine learning in laboratory medicine: waiting for the flood? Clin. Chem. Lab. Med., 2018, vol. 56, no. 4, pp. 516–524. doi: 10.1515/cclm-2017-0287</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>De Bruyne S., Speeckaert M.M., Van Biesen W., Delanghe J.R. Recent evolutions of machine learning applications in clinical laboratory medicine. Crit. Rev. Clin. Lab. Sci., 2021, vol. 58, no. 2, pp. 131–152. doi: 10.1080/10408363.2020.1828811</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>Lee J.-H., Kim D.-Н., Jeong S.-N., Choi S.-H. Diagnosis and prediction of periodontally compromised teeth using a deep learning-based convolutional neural network algorithm. J. Periodontal. Implant. Sci., 2018, vol. 48, no. 2, pp. 114–123. doi: 10.5051/jpis.2018.48.2.114</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Mupparapu M., Wu C.W., Chen Y.C. Artificial intelligence, machine learning, neural networks, and deep learning: futuristic concepts for new dental diagnosis. Quintessence Int., 2018, vol. 49, no. 9, pp. 687–688. doi: 10.3290/j.qi.a41107</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Nakano Y., Suzuki N., Kuwata F. Predicting oral malodour based on the microbiota in saliva samples using a deep learning approach. BMC Oral Health, 2018, vol. 18, pp. 128–135. doi: 10.1186/s12903-018-0591-6</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Patil S., Albogami S., Hosmani J., Mujoo S., Kamil M.A., Mansour M.A., Abdul H.N., Bhandi S., Ahmed S.S.S.J. Artificial intelligence in the diagnosis of oral diseases: applications and pitfalls. Diagnostics (Basel), 2022, vol. 12, no. 5: 1029. doi: 10.3390/diagnostics12051029</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>Revilla-León M., Gómez-Polo M., Barmak A.B., Inam W., Kan J.Y.K., Kois J.C., Akal O. Artificial intelligence models for diagnosing gingivitis and periodontal disease: a systematic review. J. Prosthet. Dent., 2022, S0022-3913(22)00075-0. doi: 10.1016/ j.prosdent.2022.01.026</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
