质谱分析是如何改变了癌症诊断游戏吗

历史跨越一百年,质谱(MS)是一种最广泛使用的分析技术在生物科学和医学研究。自1918年第一届现代质谱仪的发展¹,拥有先进的技术不断随着时间的推移,发现其“进入一系列应用程序从法医毒理学癌症诊断。笨重,昂贵的设备定义历史质谱仪现在不常见,并取代了更快、更敏感,具有成本效益的工作流。新光谱仪也主要自动化和用户友好,使他们更适应临床使用。

尽管组织病理学诊断癌症仍然是黄金标准,使用女士获得了牵引分子分析近年来检测肿瘤,监控进展,甚至预测治疗反应。

MasSpec笔在秒和端iKnife检测癌症

一个手持设备,连接到一个质谱仪和识别癌组织在手术去年登上报纸头条,声称在十秒钟提供结果。被称为MasSpec笔,设备包含一个探针,可以从人体组织吸收分子和发送到质谱仪推到手术的房间。在几秒钟内,由环境电离分子分析技术显示哪些领域的组织癌变和女士应该移除手术。该设备也可以样品组织无损,上面显示了一个类似的设备优势iKnife由于electrocauterization导致组织损伤。

在测试的253例肺癌、乳腺癌、甲状腺或卵巢癌,MasSpec笔能够提供组织诊断准确率超过96%。即使在边缘区域包含混合组织和细胞成分,该设备能够检测癌症。

在开发期间,研究人员使用台式液chromatography-tandem质谱(质/ MS)系统与四前体离子选择,和高分辨率,accurate-mass (HRAM) Orbitrap检测。²由于这是一个大型仪器在手术房间占用相当大的空间,开发者已经调查从更紧凑的光谱仪获得可靠的数据。

*来源:Youtube -MasSpec笔可以检测癌症的联系

使用定量女士帮助指导肺癌治疗

弗吉尼亚联邦大学的一组研究人员领导的教授亚当Hawkridge(药房配药学、学校)和大卫Gewirtz(医学院的药理学和毒理学部门)是利用定量质谱分析发现线索相关的阻力和复发的治疗非小细胞肺癌(NSCLC)。

“质谱可以用在许多水平为药物开发更好地理解非小细胞肺癌的信号通路,或识别分子特征,可以利用来克服非小细胞肺癌治疗抵抗,“Hawkridge说。”例如,在我们最近质/ MS治疗耐药性的研究,我们发现衰老——而不是自噬相关蛋白更突出分泌治疗resistant-cells对电离辐射的反应。”

Hawkridge先前研究的团队,但是有的/ MS分析允许364分泌蛋白质的识别,可以进一步研究的潜在诊断价值的函数p53表达,辐照,自噬功能状态在NSCLC的上下文中。³该研究的第一作者,伊曼纽尔Cudjoe博士解释说,癌症细胞应对压力通过激活这一过程被称为自噬的细胞器被回收和能源生产维护,导致肿瘤的生长,治疗抵抗和复发。

“自噬有助于治疗抵抗,抑制可以恢复肿瘤对化疗/放疗的敏感性。我们的长期目标是识别分子特征和自噬通路,可以有针对性的提高对放射治疗的敏感性。,”Cudjoe补充道。

MS-based测试有助于选择正确的病人进行正确的类型的免疫疗法

治疗转移性黑色素瘤患者,有几种不同类型的免疫治疗方案,包括mono-therapies和immune-checkpoint抑制剂的组合。然而,选择和优化对每个病人的治疗选择是具有挑战性的。协助治疗选择,一个新的MS-based血液测试是由Biodesix公司。在与纽约大学Langone医学中心的科学家们合作,纽约,耶鲁大学医学院的纽黑文,和马萨诸塞州综合医院,波士顿。

“我们开发了一个anti-programmed细胞死亡蛋白1 (PD-1)黑色素瘤血液测试使用一个机器学习的平台和临床结果的组合和表达数据循环蛋白质质谱分析的基础上,“海因里希·罗德博士说,在Biodesix首席技术官。“我们已经表明这个测试来预测生存在接受PD-1抑制剂的病人中。它还可以识别对单药治疗的病人,但事实上可能受益于组合免疫疗法代替。”

Biodesix输入数据的科学家们获得从基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-ToF)为多元测试设计一个机器学习的平台。⁴“谱技术允许我们把患者的循环蛋白质组的实时快照,这来源于肿瘤,肿瘤微环境,和正常宿主组织。这些蛋白质直接监管对免疫系统的影响,特别是先天和适应性系统的相互作用,”罗德解释道。“我们不需要选择蛋白质基于相关性的先入为主的观念,作为一个在固定面板的方法,因此可以观察效果,往往错过了。”

Biodesix使用特殊MALDI-ToF蛋白质分析的方法,称为深MALDI™,旨在减少噪音的质谱数据通过增加激光枪的数量。“通过这种方法,我们可以测量健壮且可再生的方式更多的蛋白质样品高的吞吐量和小样本体积,”罗德说。“我们也体验更大范围的可靠检测蛋白质和肽相比传统MALDI-ToF。”

虽然深谱函数在一个丰度范围的4 - 5个数量级,它努力接非常低丰度蛋白质范围以外的古典血浆蛋白质组。其他方法包括减少灵敏度的限制质量高于30 kda,和低分辨率很近的蛋白质质量/电荷比率。罗德的团队目前正在致力于改善这项技术和扩大其调查免疫治疗反应在非小细胞肺癌等其他类型的癌症。

的未来MS-based蛋白质组学

随着日益复杂的技术,仪器女士正变得更快和更敏感的分子特征。Hawkridge相信先进的质量分析数据将推动新的分子洞察力在蛋白质转录后修饰等领域(如糖基化)。他阐述了,“随着基因组测序变得更普遍,这些遗传扰动被纳入额外的蛋白质组学数据库级别的数据分析。这仅仅是一个小样本的未开发的潜能”的大规模spectrometry-based癌症蛋白质组学。

引用:

¹的法官,A . j .积极射线分析的一种新方法。理论物理。牧师。 1918年11 (4):316 - 325。

²张,j .;校长,j .;林,j .问:;年轻,j . h . et al .无损组织分析体外和体内癌症诊断使用手持质谱分析系统。科学。Transl。地中海。 2017年9 (406)。

³Cudjoe e . k .;萨利赫,t;Gewirtz, d . a;Hawkridge, a . M。,质量spectrometry-based检查参与组成分泌腺的蛋白质组学分析非小细胞肺癌。癌症Res。 2017年77(13补充),227 - 227。

⁴韦伯,j·s·;Sznol m;沙利文,r . j . et al .血清蛋白与预后签名Anti-PD-1治疗转移性黑素瘤。癌症Immunol。Res。 2018年6 (1),79 - 86。