Блог

May 29, 2024

Раннее выявление рака легких с помощью искусственного интеллекта

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 13702 (2023) Цитировать эту статью 498 Доступов 5 Подробности альтметрических показателей Структура супрануклеосомного хроматина, включая конформацию домена хроматина, представляет собой

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13702 (2023) Цитировать эту статью

498 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Супрануклеосомальная структура хроматина, включая конформацию домена хроматина, участвует в регуляции экспрессии генов, а ее нарушение регуляции связано с канцерогенезом. Предыдущие исследования показали, что клетки слизистой оболочки щек несут молекулярные признаки рака легких среди курильщиков сигарет — явление, известное как полевой канцерогенез или поле повреждения. Таким образом, мы предположили, что структурные изменения хроматина в слизистой оболочке щеки могут быть предиктором рака легких. Однако небольшой размер хроматиновой цепи (около 20 нм), свернутой в домены упаковки хроматина, обычно диаметром менее 300 нм, не позволяет обнаружить изменения во внутридоменной конформации хроматина с помощью дифракционно-ограниченной оптической микроскопии. В этом исследовании мы разработали метод оптической спектроскопии статистического наносенсинга для обнаружения изменений домена упаковки хроматина в слизистой оболочке щеки в качестве биомаркера рака легких: хроматин-чувствительная парциально-волновая спектроскопия (csPWS). Искусственный интеллект (ИИ) был применен к измерениям изменений хроматина csPWS для повышения эффективности диагностики. Наша буккальная наноцитология csPWS, усиленная искусственным интеллектом, у 179 пациентов в двух клинических центрах позволила отличить рак легких I стадии от контрольной группы без рака с площадью под кривой ROC (AUC) 0,92 ± 0,06 для Зоны 1 (локация в штате) и 0,82. ± 0,11 для Зоны 2 (расположение за пределами штата).

В идеале скрининговые тесты на рак должны выявлять рак до появления симптомов и пока опухоль небольшая, чтобы эффективно повысить вероятность лечения и снизить смертность. Рак легких является основной причиной смертности от рака среди представителей рас и полов в США с общей 5-летней выживаемостью 22,9%, что значительно ниже, чем при колоректальном раке (65,1%), раке молочной железы (90,6%) и раке простаты (96,8%). )1. Однако, если рак легких обнаружен на ранней стадии, он легко излечим путем хирургической резекции. Пятилетняя выживаемость при поздней (отдаленной) стадии немелкоклеточного рака легких (НРМЛ) составляет менее 8%, но повышается до 64% ​​при обнаружении на локализованной стадии и достигает 80% при обнаружении на стадии IA2. Низкодозная компьютерная томография (НДКТ) признана золотым стандартом скрининга рака легких и связана со снижением смертности на 20% среди пациентов, прошедших скрининг с помощью этой методики. Доступность, стоимость, стигма и несоблюдение рекомендаций LDCT являются одними из основных проблем, ограничивающих ее воздействие, поскольку только около 5% населения, имеющего право на LDCT, проходят скрининг3, в результате чего 55% случаев рака легких выявляются на поздней стадии. где выживаемость ниже 8%4. Поэтому мы предлагаем минимально инвазивный, доступный, чувствительный и точный скрининговый тест с высокой чувствительностью (Se) к раку легких на ранней стадии.

Методы скрининга, отличные от LDCT, такие как рентгенография грудной клетки и цитология мокроты, оказались неудовлетворительными при оценке в условиях крупномасштабного клинического скрининга5. Новые методы, основанные на стандартных белковых биомаркерах, используемых для выявления рака, не обеспечивают достаточной чувствительности и специфичности (Sp)6. В последнее время наблюдается значительный интерес к разработке протоколов, основанных на опухолевых выделениях в крови, таких как жидкая биопсия. Тесты, разрабатываемые такими компаниями, как Grail, Freenome, Guardant, Delfi и Thrive, выявляют рак путем анализа свойств циркулирующей опухолевой ДНК (цДНК) или циркулирующей свободной ДНК опухоли (cfDNA), таких как генные мутации, метилирование и фрагментация7,8,9 ,10,11. Хотя первоначальные результаты показали многообещающую возможность выявления различных видов рака, включая рак легких, чувствительность к I стадии и более мелким поражениям резко падает ниже клинически приемлемого уровня. Было высказано предположение, что это в первую очередь не технологическое ограничение, а может быть связано с биологией источника и типа биомаркера. Меньшие поражения секретируют меньше опухолевой ктДНК (~ 1 ктДНК/10 мл крови), в то время как гетерогенность опухоли можно смоделировать только с помощью многих биомаркеров побочных продуктов опухоли, что затрудняет поиск необходимых количеств ктДНК в клинически практичном образце крови12. Например, общая чувствительность теста раннего выявления мультирака (MCED) Grail падает с 90,1% [95% доверительный интервал (ДИ) 87,5–92,2%)] у пациентов с IV стадией до 16,8% [95% ДИ 14,5– 19,5%] у пациентов I стадии13. Жидкая биопсия может быть мощным инструментом при лечении не поддающихся скринингу видов рака (поджелудочной железы и т. д.), но для рака с установленными протоколами скрининга, такого как колоректальный рак и рак легких, по-прежнему остро необходимы методы выявления хорошо поддающихся лечению поражений на ранних стадиях. Чтобы решить эти проблемы и разработать эффективный скрининговый тест на рак легких, мы оптимизировали три важнейших аспекта: (1) источник биомаркера, (2) тип биомаркера и (3) обеспечивающую технологию.