La detección de cáncer usando una huella digital molecular infrarroja basada en láser identifica patrones moleculares

El diagnóstico de cáncer requiere procesos tradicionalmente invasivos o intensivos en mano de obra, como la biopsia de tejidos. Los investigadores de Ludwig-Maximils-Universit Muthen (LMU) ahora han informado sobre un método que utiliza luz infrarroja pulsada para identificar perfiles moleculares en el plasma sanguíneo que puede indicar la presencia de cierto cáncer común. En un estudio de prueba de concepto, el equipo utilizó el aprendizaje automático para analizar el plasma sanguíneo de más de 2,000 participantes y agregó patrones moleculares al cáncer de pulmón, extrayendo una posible "huella digital del cáncer".

Mihaela žigman, PhD, Max Planck son escritores compatibles del artículo publicado del equipo en el Instituto de Optics Quantum (MPQ) Ciencia centralTema "Huellas dactilares moleculares de campo eléctrico para verificar el cáncer"En su informe, el equipo concluyó", nuestro estudio muestra que la huella digital molecular de campo eléctrico es un fuerte esquema técnico que se aplica al fenotipado de la enfermedad en condiciones del mundo real. "

Se pueden reflejar varias etapas físicas, y algunas enfermedades en la composición molecular de biofluidos como la sangre y el plasma, que es la parte líquida de cualquier sangre celular, explicaron los autores. El plasma transporta varias moléculas como proteínas, metabolitos, lípidos y sales en todo el cuerpo y algunas moléculas hechas por plasma sanguíneo indican posibles condiciones de salud. Por ejemplo, se utilizan niveles inusualmente altos de antígenos específicos de próstata para la pantalla para el cáncer de próstata. Teóricamente, una prueba médica que mide una amplia gama de moléculas, puede identificar patrones específicos para diversos cáncer, lo que lleva a un diagnóstico rápido y un bajo costo.

El uso de métodos analíticos sensibles y específicos en las áreas de protómica y metabolómica ha inspirado el descubrimiento de varios "candidatos de biomarcadores" moleculares que los autores han notado. "Sin embargo, la tecnología actual de Omics a menudo se limita al rango de especies moleculares que pueden examinar de inmediato. A menudo requieren flujos de trabajo de embarazo complejos y específicos para preparar la muestra".

Una técnica conocida como huellas dactilares moleculares "... donde la detección de fenotipos se basa en el patrón de cambios en todo el paisaje molecular", puede representar un enfoque alternativo, continuaron los investigadores. "Si un patrón específico muestra una fuerte correlación con una condición física particular, puede contribuir a la detección de un fenotipo".

Para sus estudios recién reportados, Andigman y sus colegas probaron una técnica llamada huella digital molecular de campo eléctrico (EMF), que utiliza luz infrarroja publicada para perfilar mezclas moleculares complejas en plasma sanguíneo y busca patrones químicos de Teltel de cáncer.

Primero, los investigadores usaron tecnología de huellas digitales moleculares de campo eléctrico para enviar una explosión de luz infrarroja ultra a través del plasma. Analizó muestras de 2.533 participantes del estudio, incluidas personas con pulmones, próstata, cáncer de seno o vejiga y cáncer. Para cada muestra, registraron el patrón de luz emitido por la mezcla molecular en el plasma "huella digital infrarroja". Los investigadores enseñaron un modelo de aprendizaje automático para identificar firmas moleculares asociadas con cuatro tipos de cáncer con cáncer y sin individuos, utilizando estos patrones complejos.

Los modelos de computadora se probaron en un múltiplo separado de muestras de los participantes, para ver qué tan bien puede funcionar el modelo en datos de prueba invisibles. Las técnicas analíticas demostraron un nivel sólido de precisión (hasta 81%) en la detección de firmas infrarrojas específicas de cáncer de pulmón y las separaron de las muestras de control recibidas de individuos sin cáncer. "En un conjunto de datos de prueba realizado independiente, el modelo está diseñado para reflejar diferentes condiciones experimentales utilizadas durante el entrenamiento, hemos adquirido el ROC AUC para detectar un cáncer de pulmón de 0.81 ... Esta prueba independiente nos permite evaluar la generalidad de nuestra tecnología más allá de la misma campaña de medición, revela que su posibilidad de realidad se fortalece.

El rendimiento del modelo de computadora demostró una baja tasa de éxito en la detección de los otros tres cáncer. Las anomalías observadas en la capacidad de detectar las otras tres instituciones de cáncer, especialmente los autores, declararon: "... Medición de EMF mejorando la fertilidad y la necesidad de una mayor verificación de este enfoque en la población adicional de los pacientes destacó la necesidad de una verificación adicional".

Sin embargo, escribió, "nuestros hallazgos indican que los patrones en las huellas digitales infrarrojas pueden estar firmemente conectados a las etapas físicas ... en conclusión, las conclusiones actuales proporcionan una evidencia convincente para detectar la capacidad de subrayar la capacidad de detectar una enfermedad invasiva mínima".

En el futuro, el equipo tiene como objetivo expandir y probar el enfoque para identificar tipos de cáncer adicionales y otras afecciones de salud. Él dijo: "La promoción futura, como la cobertura espectral más amplia, el aumento de la sensibilidad y la especificidad, la medición multidimensional y la sustracción interferométrica, pueden promover aún más la capacidad biomédica", dijo. "Sería importante expandir los estudios clínicos para grandes colegas, centrarse en los estados de enfermedades tempranas y las pruebas clínicas independientes, y encontrar diversos fenotipos de enfermedades y desarrollar una plataforma clínica confiable para que sus combinaciones mejoren los resultados del cáncer".

Žigman dijo: "La huella digital infrarroja basada en láser detecta el cáncer, muestra su capacidad para el diagnóstico diagnóstico. Con un mayor desarrollo técnico y estudios clínicos suficientemente administrados, con una verificación independiente, puede instalar aplicaciones generales y traducirse en práctica clínica hoy y podemos traducir al cáncer.