2024-06-15 13:22

基于人工智能的液体活检技术有望早期发现癌症复发

威尔康奈尔医学院、纽约长老会医院、纽约基因组中心(NYGC)和纪念斯隆凯特琳癌症中心(MSK)的研究人员共同进行的一项研究显示,一种人工智能驱动的血液肿瘤DNA检测方法在预测癌症复发方面显示出前所未有的灵敏度。这项新技术具有改善癌症治疗的潜力,可以在治疗过程中及早发现复发并密切监测肿瘤反应。

在6月14日发表在《自然医学》(Nature Medicine)杂志上的这项研究中,研究人员表明,他们可以训练机器学习模型(一种人工智能平台),根据患者血液测试的DNA测序数据检测循环肿瘤DNA (ctDNA),具有非常高的灵敏度和准确性。他们在肺癌、黑色素瘤、乳腺癌、结肠直肠癌和癌前结肠息肉患者身上成功地展示了这项技术。

该研究的共同第一作者和共同通讯作者是亚当·威德曼博士,他是朗道实验室的博士后,也是MSK的乳腺癌肿瘤学家。其他共同第一作者是NYGC的Minita Shah, Aarhus大学的Amanda Frydendahl博士,以及NYGC和Weill Cornell Medicine的Daniel Halmos。

液体活检技术在实现其巨大前景方面进展缓慢。迄今为止,大多数方法针对的是相对较小的癌症相关突变,这些突变在血液中往往过于稀少,无法可靠地检测到,导致癌症复发而未被检测到。

几年前,兰多博士及其同事开发了一种基于血液样本DNA全基因组测序的替代方法。他们表明,他们可以通过这种方式收集更多的“信号”,从而使肿瘤DNA检测更加敏感,并且在逻辑上更简单。从那时起,这种方法越来越多地被液体活检开发商采用。

在这项新研究中,研究人员再次跃进,使用先进的机器学习策略(类似于ChatGPT和其他流行的人工智能应用程序)来检测测序数据中的微妙模式,特别是区分暗示癌症的模式与暗示测序错误和其他“噪音”的模式。

在一项测试中,研究人员训练了他们的系统,他们称之为MRD-EDGE,以识别15名结直肠癌患者的患者特异性肿瘤突变。在患者接受手术和化疗后,该系统根据血液数据预测,其中9人有残留的癌症。其中5名患者在几个月后,用不那么敏感的方法发现癌症复发。但没有假阴性:MRD-EDGE认为没有肿瘤DNA的患者在研究窗口期间没有复发。

MRD-EDGE在早期肺癌和三阴性乳腺癌患者的研究中显示出类似的敏感性,除了一例复发外,所有患者都能早期发现,并在治疗期间跟踪肿瘤状态。

研究人员证明,MRD-EDGE甚至可以检测出结直肠癌前腺瘤(结直肠肿瘤的息肉)的突变DNA。

“这些息肉脱落可检测到的ctDNA还不清楚,所以这是一个重大的进步,可以指导未来的策略,旨在检测癌前病变,”兰道博士说,他也是威尔康奈尔医学的桑德拉和爱德华迈耶癌症中心的成员,也是纽约长老会/威尔康奈尔医学中心的血液学家/肿瘤学家。

最后,研究人员表明,即使没有对患者肿瘤的测序数据进行预先训练,MRD-EDGE也可以在标准x射线成像检测前两周检测黑色素瘤和肺癌患者对免疫治疗的反应。

“总的来说,MRD-EDGE解决了一个巨大的需求,我们对它的潜力感到兴奋,并与行业合作伙伴合作,试图将其交付给患者,”兰道博士说。