2022/05/18

癌症的早期诊断是疾病治疗和管理中非常关键的一步。然而，一些癌症可能表现为非特异性症状，导致假阴性和/或晚期诊断，从而导致癌症治疗失败。
因此，开发具有高精度和灵敏度的传感工具以在早期检测癌细胞可以增加成功治疗的机会

2022年5月12日消息，纪念斯隆凯特琳癌症中心 (MSK) 的研究人员开发了一种传感器，可以在人工智能的帮助下进行训练以嗅探癌症。

尽管这种训练与训练警犬嗅探爆炸物或毒品的方式不同，但传感器与鼻子的工作方式有一些相似之处。鼻子可以检测到超过一万亿种不同的气味，尽管它只有几百种嗅觉受体。那些气味分子与受体结合的模式会产生一种分子特征，大脑用来识别气味。

由Kravis WiSE 博士后研究员 Mijin Kim和 MSK 癌症纳米医学实验室负责人、生物医学工程师Daniel Heller领导的 MSK 研究人员使用由碳纳米管组成的传感器阵列构建了该技术。碳纳米管是微小的管子，比人类头发的宽度小近 100,000 倍。它们是荧光的，它们发出的光对与环境中分子的微小相互作用非常敏感。

Mijin Kim

每个纳米管传感器都可以检测血液样本中的许多不同分子。通过结合传感器的许多响应，该技术创造了一种独特的荧光图案。然后可以通过机器学习算法识别该模式，该算法经过训练可以识别癌症指纹和正常指纹之间的差异。

Daniel Heller

在对卵巢癌患者血液样本进行的实验中，研究人员发现他们的纳米传感器比目前可用的生物标志物测试更准确地检测到卵巢癌。（生物标志物是由肿瘤产生并通过血液循环传播的一种特殊化学物质，表明疾病的存在。在这种情况下，生物标志物测试是针对卵巢癌相关蛋白 CA125、HE4 和 YKL40 的测试。）

患者的希望是研究人员将进一步开发该技术，以便最终可以在临床上用于快速筛查早期卵巢癌和许多其他癌症。

| 需要更好的癌症筛查测试

使用血液标志物检测早期癌症的测试有望改善癌症患者的预后——尤其是那些几乎没有早期迹象或症状的癌症，如卵巢癌。

几种卵巢癌的血清生物标志物测试已经在使用。不幸的是，这些独立的生物标志物测量已被证明在早期检测中无效。目前，没有任何筛查策略可以在足够早的阶段发现卵巢癌以降低死亡率。

纳米传感器方法可能会提供更好的方法。

“卵巢癌沿着腹部和骨盆表面扩散[而不是通过血液]，这使得通过血液检查发现它特别具有挑战性，”该研究的作者、 MSK 外科医生Kara Long Roche说。“这项技术可能会发现血液中更微妙、更复杂的变化，这可能是早期检测的关键——早期检测将挽救生命。”

为了训练机器学习算法，研究人员需要从许多血液样本中收集传感器响应，因为这种方法需要许多样本才能准确。此外，还使用了来自除卵巢癌以外的其他疾病患者的样本：“某些其他疾病可以欺骗传感器，因为它们会在血液中产生一些相同的成分，”该研究的第一作者 Kim 博士说。

尽管与当前基于生物标志物的方法相比，该技术提高了卵巢癌检测的准确性，但还需要做更多的工作来检测早期卵巢癌并确认该检测对人体有效。

“在找到预防卵巢癌死亡的方法之前，我们不会停止，”Heller 博士说。

|迈向通用癌症传感器

研究人员表示，该技术可以适用于使用同一组传感器检测多种类型的癌症，而无需首先识别生物标志物。

“癌症筛查测试发展的一个主要限制是缺乏足够的生物标志物，” MSK 临床化学服务负责人、该研究的作者Lakshmi Ramanathan说。“无需生物标志物即可开发筛选测试的能力对于此类技术来说是一种令人兴奋的可能性。”

此外，同一组传感器可用于训练算法以检测不同类型的癌症。“我们认为这项技术可以开发用于同时检测多种疾病，尽管必须使用患有这些疾病的患者的样本进行额外的测量，”Heller 博士说。

这项技术将重点放在癌症筛查上。正如报告所述，使用“通用”癌症传感器方法，该技术有可能“帮助所有人更容易获得和使用筛查”。通过癌症筛查工作促进早期发现是预防癌症死亡的关键策略。

该论文发表在《自然生物医学工程》杂志上。除了 MSK 斯隆的作者外，该论文的作者还来自威尔康奈尔医学中心、蒙蒂菲奥里医学中心、马里兰大学、利哈伊大学、亨特学院高中和美国国家标准与技术研究所。

文章来源：感知芯视界

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