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医生正在利用深度学习算法帮助患者治疗癌症

发布时间:2019-06-11 10:26 来源:未知 编辑:admin

  根据维基百科的描述,最早的活检诊断源自十一世纪的一位阿拉伯医生之手。“活组织检查”biopsy这一术语中的bios意为生命,源自希腊语中的opsis,意为视觉。这种方法最初于十九世纪引入,从那时起,医学研究人员与从业者们先后开发出多种技术,从而对或组织进行检查,并通过进一步观察判断患者体征。以肠活检管为代表的各类现代器械,如今已经能够从难以接近甚至危险性极高的身体部位处提取样本。

  在以上案例当中,这种组织取样过程具有侵入性且执行方法相当复杂,不仅会给患者造成经济负担,同时也会在精神层面带来额外的压力。而液体活检则是一种新兴且前景相当光明的活检技术,能够检测并分离循环肿瘤DNA与外泌体,并将其作为癌症患者基因组与蛋白质组学信息的来源。

  可以看到,每一种新兴技术都在有效性与准确性等领域面临着多种技术障碍,但新技术的开发与新一代测序分析的出现已经允许我们在各类环境当中广泛应用液体活检方法。液体活检最初仅被用于诊断后跟踪,但如今相关数据已经被应用于癌症诊断,包括筛查,更重要的是其可用于预测患者对于特定治疗方法的反应或抗性。具体来讲,凭借更简单易行的液体活检机制,医师可以通过这种方法更轻松地检测标靶基因中的特定突变。如此一来,医生将能够利用更多数据对特定疗法进行实时分析,并据此判断疗法的适当性或者确定继发性耐药状况,从而尽早诊断疾病的进展情况。

  自从1869年人们首次从血液循环当中发现肿瘤细胞以来,应用生物技术从异质血液成分当中分离出CTC已经取得了实质性进展。然而,液体活检在实际操作层面仍然面临一系列阻碍,例如其特异性与敏感性无法令人满意、缺乏标准化、以及过高的经济与人力资源成本等等。事实上,由于目前能够从患者体内收集到的CTC、ctDNA以及EXO浓度较低,因此分析结果的特异性以及敏感性有时并不能满足准确诊断的要求。

  液体活检的最初实现方法集中在ctDNA或者蛋白质层面。但正如约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心肿瘤学教授Nickolas Papadopoulos博士在一篇论文当中所解释的那样:“早期癌症患者血液当中的ctDNA含量非常低,只在所有无细胞DNA总量当中占比0.01%。”因此如果利用患者的血液进行硬性测试,那么结果当中可能包含大量随机结论。此外,也有不少癌症并不会将肿瘤DNA“脱落”至血液循环当中;因此如果单纯测定ctDNA因子,那么医疗人员将无法检测到某些癌症;对于另一些癌症,虽然能够测试到,但敏感性仍然无法令人满意。

  双ctDNA与蛋白质液体活检研究的第一份报告,将存在KRAS基因突变的血液检测与蛋白质生物标志物加以结合,用以确定这些标志物的组合是否确实优于任何单一标志物。报告的胰腺导管腺癌患者(PDAC)与医疗人群之间的敏感性比例为64%,特异性为99.5%。可以看到,这种两相对照的判断方式要远优于任何单一因素判断方法。

  ▲ CancerSEEK给出的报价低于500美元,这种双因素液体活检有望成为液体活检市场上的理想解决方案

  第二份报告则重点关注其它早期癌症,包括卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、食道癌、结肠直肠癌、肺癌与乳腺癌等。此项测试名为CancerSEK,中位敏感度为70%(乳腺癌最低,为33%;卵巢癌最高,为98%),所有受试癌症的特异性均高于99%。

  利用机器学习算法,诊疗人员甚至能够借此定位肿瘤,且相关结论通过常规测试(例如乳房X射线照片或结肠镜检查)得到了证实。Papadopoulos博士表示,“这项检测实际上具有泛癌症诊断能力,我们将继续推动更进一步的探索。”研究人员们认为,CancerSEEK的最终成本可能会低于500美元,与目前的筛查癌症测试类似,并可通过与其它肿瘤生物标志相结合以进一步提高其特异性与敏感性。Papadopoulos博士在讨论这种测试的未来前景时总结称,“我们正在开展前瞻性研究以测试CancerSEEK的实际效果。这是一种真正值得评估且具有临床适用性的测试方法。”

  2016年,全球液体活检市场的总规模约为2349万美元,但随着资金不断注入这一领域,预计其总规模将在2023年超过12亿美元。

  与针对单一遗传改变特征的检测相反,NGS旨在记录多种癌症亚型当中存在的遗传改变迹象。此外,NGS还能够检测出多种可能引发肿瘤的突变,并鉴定可能在治疗之后从已存在的克隆特征进化而来的抗性机制。正如意大利那不勒斯Istituto Nazionale Tumori转化研究部主任Nicola Normanno教授所言,“通过液体活检检测ctDNA确实具有很好的效果。通过NGS平台,我们将能够提取出更为深入的分子级表征。”但在一项关于NGS液体活检的研究当中,他和他团队强调称他们还需要解决一系列具体挑战。“我们目前研究的中心点在于,我们需要更多研究特异性与敏感性,以便将NGS液体活检方法引入诊所。之所以关注这方面问题,是因为血液样本当中的ctDNA水平一般较低,此外NGS检测到的潜在癌变也有可能来自克隆性造血而非与肿瘤相关的DNA。因此,我们需要更深入地了解ctDNA的生物学特征,从而改进这项技术。”

  在另一方面,NGS液体活检的关键优势,在于能够检测由整体肿瘤引起的血液突变,从而克服肿瘤异质性的问题。这种方法还可用于监测治疗反应与耐药性的变化情况。在被问及NGS液体活检的其它潜在用途时,Normanno教授谈到了借此评估肿瘤突变负荷(TMB)的可能性TMB目前被广泛视为应对免疫治疗的潜在生物标志。

  液体活检市场的规模证明,我们目前尚处于该项技术的早期发展阶段。首批商业化测试必须能够证明自身的有效性,同时说服医生、临床中心以及各国际组织对具体流程进行标准化,从而将信号与噪声隔离开来,最终为整个医疗保健行业创造真正的价值。

  机器学习算法的大量应用,为我们带来了提高测试结果准确性的可能,也能够将特定癌症类型与患者独特的基因身份联系起来,继而提供为其量身定制的治疗选择。此外,这种微创性质的检测方法也能够显著降低重复测试所带来的心理负担,帮助本就压力巨大的患者以更积极的心态面对漫长的诊断与治疗过程。

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