AI也能验血测癌?30多种癌症都能测,肺癌准确率86%!

2020-04-09 汉鼎好医友:李医生

近期,美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)研究人员发现:通过训练人工智能鉴定血液中微生物群的特征,不仅可以识别出癌症,甚至还能对癌症做出不同类型的区分。这项研究发表在《自然》杂志上。

这项基于微生物群的肿瘤学诊断工具,有望改变人们筛查和诊断癌症的方式。

目前,大多数癌症诊断都需要通过手术切取组织活检,或从可疑的肿瘤部位进行取样分析。这些侵入性方法不仅耗时、费用高,还会因有创而给患者带来痛苦。

能不能通过简单的抽血或微生物DNA检测,判断是否患癌以及分辨癌症类型呢?

虽然近几年液体活检技术取得了很大进步,但想凭借检测基因组来真正的做到提前“预知”癌症,还有较长一段路要走。

如今,越来越多的研究显示,人体微生物在多种类型肿瘤中扮演重要角色。比如,某些肠道细菌可能引发结直肠癌,还可能通过免疫系统诱发肝癌、白血病等。

为此,研究人员猜测,这些微生物在肿瘤中起的作用可能比我们预想的还要大,进而想到通过分析血液中微生物的遗传物质,来识别体内的肿瘤,让我们身体内的“外来者”吐露秘密。

研究人员第一步是通过已有的人类肿瘤样本,来确认癌症相关的微生物核酸特征。他们从美国国家癌症所“癌症基因组图谱”(TCGA)数据库获得18116份样本,对其DNA和RNA的序列进行重新检查。这些样本涵盖了33种癌症、10000多个病例,包括原发性和复发性肿瘤以及转移扩散的肿瘤,既有肿瘤组织也有相邻组织和血液样本。

从几千份样本中找到独特的微生物特征后,研究者通过训练机器学习模型,把特定的微生物序列特征与特定的癌症相匹配。利用这些序列来区分癌症类型和同一癌症类型的不同阶段,以及肿瘤和正常组织之间的区别。

为尽量避免在样本采集、测序等步骤可能存在的微生物污染问题,研究者对数据集进行了严格的生物信息学过滤。在将Ⅲ、Ⅳ期肿瘤数据从数据集中去除后,发现模型依然可对许多肿瘤作出区分。这意味着,在癌症早期阶段,就能从血液中读取出特定的微生物核酸特征。

为了明确这种方法在真实世界中是否有用,研究者分析了59名前列腺癌、25名肺癌和16名黑色素瘤患者的血液样本,让AI对每份血浆中的微生物核酸特征进行鉴定,并与69名健康无癌受试者的血样进行比较。

分析结果显示,机器学习模型不仅可以区分患癌和无癌的样本,还可以区分出不同类型的肿瘤:识别肺癌患者的灵敏度达86%,识别无肺部疾病者的特异性则高达100%,并且,在区分前列腺癌和肺癌方面的准确率达81%。

当然,作为一项早期的概念验证研究,这种检测方法要应用到临床还要做大量工作。我们对微生物在人体和肿瘤微环境中的作用还存在许多未解之谜。关于血液微生物群和癌症之间的相互作用,已经迈出了第一步。

未来随着越来越多的相关数据被用于完善机器学习模型,AI“验血测癌”的准确性也将越来越高,值得期待。

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