Oparta na sztucznej inteligencji metoda wykrywania DNA guza we krwi wykazała niespotykaną dotąd czułość w przewidywaniu nawrotu raka – wynika z badania prowadzonego przez naukowców z Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian, New York Genome Center (NYGC) i Memorial Sloan Kettering Cancer Center . Nowa technologia może potencjalnie ulepszyć opiekę onkologiczną dzięki bardzo wczesnemu wykrywaniu nawrotów i ścisłemu monitorowaniu odpowiedzi nowotworu w trakcie leczenia.

W badaniu, które ukazało się 14 czerwca w czasopiśmie Nature Medicine, naukowcy wykazali, że mogą wytrenować model uczenia maszynowego, rodzaj platformy sztucznej inteligencji, do wykrywania krążącego DNA nowotworu (ctDNA) na podstawie danych sekwencjonowania DNA z badań krwi pacjentów, za pomocą bardzo wysoka czułość i dokładność. Przeprowadzili udane demonstracje tej technologii u pacjentów z rakiem płuc, czerniakiem, rakiem piersi, rakiem jelita grubego i przedrakowymi polipami jelita grubego.

„Udało nam się osiągnąć niezwykłą poprawę stosunku sygnału do szumu, co umożliwiło nam na przykład wykrycie nawrotu raka na miesiące, a nawet lata przed wykonaniem tego standardowymi metodami klinicznymi” – powiedział współautor badania, dr Dan Landau, profesor medycyny na oddziale hematologii i onkologii medycznej w Weill Cornell Medicine oraz główny członek wydziału New York Genome Center.

Współpierwszym autorem badania i współautorem do korespondencji był dr Adam Widman, stażysta podoktorski w Landau Lab, który jest także onkologiem zajmującym się rakiem piersi w Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Pozostali współpierwsi autorzy to Minita Shah z Nowego Jorku, Amanda Frydendahl z Uniwersytetu w Aarhus oraz Daniel Halmos z Nowego Jorku i Weill Cornell Medicine.

Technologia biopsji płynnej powoli zaczęła realizować swoje wielkie obietnice. Większość dotychczasowych podejść skupiała się na stosunkowo małych zestawach mutacji związanych z nowotworem, które często są zbyt rzadko obecne we krwi, aby można je było wiarygodnie wykryć, co powoduje niewykrywalne nawroty raka.

Kilka lat temu Landau i współpracownicy opracowali alternatywne podejście oparte na sekwencjonowaniu całego genomu DNA w próbkach krwi. Wykazali, że w ten sposób mogą zebrać znacznie więcej „sygnału”, umożliwiając bardziej czułe – i prostsze logistycznie – wykrywanie DNA nowotworu. Od tego czasu podejście to jest coraz częściej stosowane przez twórców biopsji płynnych.

W nowym badaniu naukowcy ponownie poszli naprzód, wykorzystując zaawansowaną strategię uczenia maszynowego (podobną do tej stosowanej w ChatGPT i innych popularnych aplikacjach AI) w celu wykrycia subtelnych wzorców w danych sekwencjonowania – w szczególności w celu odróżnienia wzorców sugerujących raka od tych, które sugerują raka. błędy sekwencjonowania i inne „szumy”.

W jednym teście naukowcy przeszkolili swój system, który nazwali MRD-EDGE, do rozpoznawania specyficznych dla pacjenta mutacji nowotworowych u 15 pacjentów z rakiem jelita grubego. Po operacji i chemioterapii system przewidział na podstawie danych z krwi, że u dziewięciu pacjentów stwierdzono resztkowy nowotwór. U pięciu z tych pacjentów – kilka miesięcy później, przy użyciu mniej czułych metod – stwierdzono nawrót raka. Nie stwierdzono jednak żadnych wyników fałszywie ujemnych: u żadnego z pacjentów uznanych w badaniu MRD-EDGE za wolnych od DNA guza nie wystąpił nawrót w okresie badania.

MRD-EDGE wykazał podobną czułość w badaniach pacjentów z rakiem płuc we wczesnym stadium i potrójnie ujemnym rakiem piersi, z wczesnym wykrywaniem wszystkich nawrotów z wyjątkiem jednego i śledzeniem stanu nowotworu w trakcie leczenia.

Naukowcy wykazali, że MRD-EDGE może wykryć nawet zmutowany DNA z przedrakowych gruczolaków jelita grubego – polipów, z których rozwijają się nowotwory jelita grubego.

„Nie było jasne, czy polipy te wydzielają wykrywalny ctDNA, jest to zatem znaczący postęp, który może wyznaczyć przyszłe strategie mające na celu wykrywanie zmian przednowotworowych” – powiedział Landau, który jest także członkiem Centrum Onkologii Sandry i Edwarda Meyerów w Weill Cornell Medycyna i hematolog/onkolog w NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.

Na koniec naukowcy wykazali, że nawet bez wstępnego przeszkolenia w oparciu o dane sekwencjonowania guzów pacjentów, MRD-EDGE może wykryć odpowiedź na immunoterapię u pacjentów z czerniakiem i rakiem płuc – na kilka tygodni przed wykryciem za pomocą standardowego obrazowania opartego na promieniach rentgenowskich.

„Ogółem MRD-EDGE odpowiada na duże potrzeby i jesteśmy podekscytowani jego potencjałem oraz współpracą z partnerami branżowymi, aby spróbować dostarczyć go pacjentom” – powiedział Landau.

Badania opisane w tej historii były częściowo wspierane przez Narodowy Instytut Raka, część Narodowego Instytutu Zdrowia.

Wielu lekarzy i naukowców z Weill Cornell Medicine utrzymuje relacje i współpracuje z organizacjami zewnętrznymi, aby wspierać innowacje naukowe i zapewniać fachowe wskazówki. Instytucja podaje te ujawnienia do wiadomości publicznej, aby zapewnić przejrzystość. Aby uzyskać te informacje, zobacz profil dr Dana Landaua.

Jim Schnabel jest niezależnym pisarzem w Weill Cornell Medicine.