Teknologi biopsi cecair ultrasensitif mengesan kanser lebih awal daripada kaedah standard

Kaedah berasaskan AI untuk mengesan DNA tumor dalam darah telah menunjukkan kepekaan yang tidak pernah berlaku sebelum ini dalam meramalkan kanser berulang, menurut kajian yang diketuai oleh saintis di Weill Cornell Medical School, NewYork-Presbyterian, New York Genome Center (NYGC), dan Memorial Sloan Kettering (MSK). Teknologi baharu ini berpotensi untuk meningkatkan rawatan kanser dengan mengesan kambuhan sangat awal dan memantau dengan teliti tindak balas tumor terhadap terapi.

Dalam kajian yang diterbitkan pada 14 Jun dalam jurnal Nature Medicine, para penyelidik menunjukkan bahawa mereka dapat melatih model pembelajaran mesin, sejenis platform kecerdasan buatan, untuk mengesan DNA tumor (ctDNA) yang beredar berdasarkan data penjujukan DNA daripada ujian darah pesakit dengan sensitiviti dan ketepatan yang sangat tinggi. Mereka berjaya menunjukkan teknologi pada pesakit yang menghidap kanser paru-paru, melanoma, kanser payudara, kanser kolon dan polip kolon prakanser.

"Kami dapat mencapai peningkatan ketara dalam nisbah isyarat-ke-bunyi, yang membolehkan kami, sebagai contoh, untuk mengesan kanser berulang beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun sebelum kaedah klinikal standard boleh," kata pengarang bersama kajian Dr Dan Landau, profesor perubatan dalam bahagian hematologi dan onkologi perubatan di Weill Cornell Medical School dan ahli teras Pusat Genom New York.

Pengarang bersama dan pengarang pertama kajian itu ialah Dr. Adam Widman, seorang felo pasca doktoral di makmal Landau yang juga pakar onkologi payudara di MSK. Pengarang pertama yang lain ialah Minita Shah dari NYGC, Dr. Amanda Frydendal dari Universiti Aarhus, dan Daniel Halmos dari NYGC dan Sekolah Perubatan Weill Cornell.

Teknologi biopsi cecair telah lambat untuk menyedari potensi besarnya. Kebanyakan pendekatan sedia ada menyasarkan set mutasi yang berkaitan dengan kanser yang agak kecil yang selalunya terlalu jarang dalam darah untuk dikesan dengan pasti, yang membawa kepada memandang rendah kekambuhan kanser.

Beberapa tahun yang lalu, Dr. Landau dan rakan-rakannya membangunkan pendekatan alternatif berdasarkan penjujukan keseluruhan genom DNA dalam sampel darah. Mereka menunjukkan bahawa ini boleh mengumpul lebih banyak "isyarat," yang memungkinkan untuk mengesan DNA tumor dengan lebih sensitif dan logistik. Sejak itu, pendekatan ini semakin diterima pakai oleh pembangun biopsi cecair.

Dalam kajian baharu itu, para penyelidik mengambil langkah lebih jauh dengan menggunakan strategi pembelajaran mesin lanjutan (sama seperti yang digunakan dalam apl AI popular seperti ChatGPT) untuk mengesan corak halus dalam data penjujukan, khususnya untuk membezakan corak yang menunjukkan kanser daripada corak yang menunjukkan ralat penjujukan dan "bunyi" lain.

Dalam satu ujian, para penyelidik melatih sistem mereka, yang mereka panggil MRD-EDGE, untuk mengenali mutasi tumor khusus pesakit dalam 15 pesakit kanser kolon. Selepas pembedahan dan kemoterapi, sistem meramalkan, berdasarkan data darah, sembilan daripada mereka mempunyai baki kanser. Lima daripada pesakit itu kemudiannya mengalami kekambuhan yang dikesan oleh kaedah yang kurang sensitif beberapa bulan kemudian. Tetapi tidak ada negatif palsu: Tiada pesakit MRD-EDGE telah dikira sebagai bebas daripada DNA tumor yang berulang semasa tempoh kajian.

MRD-EDGE menunjukkan sensitiviti yang sama dalam kajian pada pesakit dengan kanser paru-paru peringkat awal dan kanser payudara tiga kali ganda negatif, mengesan semua kecuali satu kambuh awal dan menjejaki status tumor semasa rawatan.

Para penyelidik menunjukkan bahawa MRD-EDGE juga boleh mengesan DNA mutan daripada adenoma kolon prakanser—polip dari mana kanser kolon berkembang.

"Tidak jelas bahawa polip ini boleh mengeluarkan ctDNA yang boleh dikesan, jadi ini adalah kemajuan ketara yang mungkin menunjukkan strategi masa depan untuk mengesan perubahan prakanser," kata Dr Landau, yang juga ahli Pusat Kanser Sandra dan Edward Meyer di Sekolah Perubatan Weill Cornell dan pakar hematologi-onkologi di Pusat Perubatan NewYork-Presbyterian/Weill Cornell.

Akhirnya, para penyelidik menunjukkan bahawa walaupun tanpa latihan terlebih dahulu mengenai data penjujukan tumor pesakit, MRD-EDGE dapat mengesan tindak balas terhadap imunoterapi dalam melanoma dan pesakit kanser paru-paru beberapa minggu sebelum pengesanan dengan pengimejan sinar-X standard.

"Secara keseluruhannya, MRD-EDGE menangani keperluan besar, dan kami teruja dengan potensinya dan sedang bekerjasama dengan rakan kongsi industri untuk cuba membawanya kepada pesakit," kata Dr. Landau.