新的多参数方法可以改善癌症诊断

血液测试——简单、无创、经济可行,有望成为下一个重要的里程碑在癌症诊断。然而,大多数的这些测试,称为液体活检,目前广泛使用的不够可靠。一个新的、多参数方法在魏茨曼科学研究所的开发可能导致血液测试,诊断癌症以前所未有的精度。

“今天可用的许多传统方法临床检测和诊断癌症侵入性和不愉快,”导演博士解释道Efrat示玛魏茨曼的免疫学和再生生物学部门,研究小组负责人。获得通过针活检样本,内镜或手术可能是痛苦的,有时有风险,和成像方法,如MRI和PET扫描,需要昂贵,笨重的设备,不是普遍可用的。有效的癌症筛查或诊断血液测试可以提供一个有吸引力的选择。“消除不适意味着人们不太可能避免测试——更有可能有自己的癌症早发现,”瓦迪姆Fedyuk说一起主持这项研究的研究生Nir Erez。

使用液体活检诊断癌症的想法源于血液中含有自由浮动的DNA和蛋白质摆脱死亡的血液细胞在健康的人,在癌症患者中,由肿瘤细胞死亡。“一些破坏细胞的副产品,包括癌症DNA和蛋白质,扔进血液中,我们知道如何收集和分析它们,”示玛说。

大量的血液检测癌症已经在高级的发展阶段,但大多数缺点,可能会限制其使用。第一次测试开发时,他们寻求遗传癌症的迹象,也就是说,突变,但这些可能很难确定,因为变异的部分只占一小部分的free-circulating DNA。此外,这些突变可能存在并不总是导致癌症和健康的人。最近,液体活检方法已经开始依赖于表观遗传学,或修改不涉及突变的细胞的基因组DNA,例如化学标签附着在DNA分子,改变基因的表达。这些方法也遇到故障,要么因为他们需要过多的血液或因为他们寻找一个表观遗传改变,不能产生足够可靠的结果。

在新的研究中,示玛开始反思这种表观遗传分析,旨在开发一个将依赖于一个小的血液样本评估多个表观遗传参数。她建立在一种她自己发明的方法成像单个分子,哈佛大学医学院博士后研究期间和Broad研究所。该方法可以实现准确的表观遗传映射只有少量的原料,使用荧光显微镜。它可以使用,例如,查看核小体上的表观遗传标记的DNA片段缠绕在线轴蛋白质”。“这些可能流到血液中像失事当细胞被破坏,所以示玛认为,数以百万计的核小体发现血液中可以分析检测癌症。

使用示玛是单分子成像方法,Fedyuk Erez,与同事一起,而30健康人的血液中核小体与60不同阶段患者的结肠直肠癌。他们发现两组的核小体的特征截然不同的表观遗传标记模式。分析了六种不同的表观遗传修饰与癌症,以及各种其他癌症指标,包括蛋白质片段来自死亡的肿瘤,传统技术所察觉。

接下来,与教授合作人罗恩从拉卡在耶路撒冷希伯来大学的物理研究所,科学家们结合他们透露关于癌症的分子生物学和人工智能算法,将机器学习应用到大型数据集得到的两组。执行的分析不仅在所有这些癌症标记的组合以及它们之间的关系。以确保他们的发现不仅限于结肠直肠癌,科学家们还应用他们的技术比较血液健康志愿者的核小体与10胰腺癌患者。

“我们的算法可以区分健康和病人团体达到创纪录水平的确定性研究这种类型的精度为92%,“示玛说。科学家称新技术EPINUC,缩写“表观遗传学plasma-isolated核小体”。

如果支持的研究涉及到更多的病人,这些发现可能导致多参数检测和诊断癌症的血液测试使用小于1毫升的血液。在未来,因为细节披露水平分析,这项血液检测的结果也可能促进个性化医疗的建议每个病人的最佳治疗方法。

示玛总结:“我们取得了一次成功的概念证明我们的方法,现在需要确认在临床试验中。在未来,我们的多参数方法不仅可以用来诊断各种癌症但是还额外的疾病,血液中留下痕迹,如自身免疫性疾病或心脏病。”

参考:Fedyuk V, Erez N, N菲尔特,等。多路复用,单分子,表观遗传分析plasma-isolated为癌症诊断核小体。生物科技Nat》。2022:1-10。doi:10.1038 / s41587 - 022 - 01447 - 3

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