מדענים שמטרתם לקדם אבחון סרטן פיתחו כלי למידת מכונה המסוגל לזהות הבדלים בין פרופיל מולקולרי הקשורים לחילוף חומרים בין חולים עם סרטן המעי הגס לאנשים בריאים.
הניתוח של דגימות ביולוגיות של יותר מ -1,000 אנשים גילה גם משמרות מטבוליות הקשורות לשינוי חומרת המחלה ועם מוטציות גנטיות שידוע כמגדילות את הסיכון לסרטן המעי הגס.
למרות שיש עוד ניתוח, "צינור הגילוי הביולוגי של סמן ביולוגי" מראה הבטחה כשיטה לא פולשנית לאבחון סרטן המעי הגס ומעקב אחר התקדמות מחלות, אמר ג'יאנג'יאנג ג'ו, מחבר השותף של המחקר ופרופסור חבר למדעי האנוש באוניברסיטת מדינת אוהיו.
"אנו מאמינים כי מדובר בכלי טוב לאבחון ומעקב אחר מחלות, במיוחד מכיוון שניתן להשתמש בניתוח סמנים ביולוגיים מבוסס מטבולית גם כדי לפקח על יעילות הטיפול", אמר ג'ו, גם חוקר בתוכנית המחקר המולדת של מרכז הסרטן באוניברסיטת אוהיו.
"כאשר מטופל נוטל תרופה A לעומת תרופה B, במיוחד לסרטן, הזמן חיוני. אם אין להם תגובה טובה, אנו רוצים לדעת כי בהקדם האפשרי כדי שנוכל לשנות את משטר הטיפול. אם מטבוליטים יכולים לעזור לציין את היעילות של הטיפול מהר יותר מאשר שיטות מסורתיות כמו פתולוגיה או סמני חלבון, אנו מקווים שהם יכולים להיות אינדיאנים טובים עבור רופאים שהם מטפלים בחולים."
הכלי אינו נועד להחליף את קולונוסקופיה כסטנדרט הזהב להקרנת סרטן, אמר ג'ו, ומחקר נוסף עם דגימות נוספות מתוכנן לפני שהצינור יהיה מוכן לתרגום לתפאורה קלינית.
המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת imetaomicsו
עבודה זו מייצגת גם התקדמות בטכניקות למידת מכונות, תוך שילוב של שתי שיטות מבוססות לעיצוב הפלטפורמה החדשה: ניתוח חלקי פחות ריבועי-אפלמנט (PLS-DA) לבידול גדול בתמונה של פרופילים מולקולריים, ורשת עצבית מלאכותית (ANN), שבמקרה זה מציינת מולקולות המשפרות את ערך החזוי של הפלטפורמה. הצוות התקשר לפנדה הצינור של Biomarker Biomarker, קיצור של PLS-ann-da.
לקחנו את המיטב משני העולמות והרכבנו אותם כדי למנף את חוזקותיהם ולהשלים זה את זה כדי לקזז את חולשותיהם הפוטנציאליות. בדקנו כל מיני אפשרויות להקניט את הסמנים הביולוגיים שיכולים להיות חזויים או מעידים על התקדמות המחלה ואת השלבים השונים של המחלה. זה נתן לנו ביטחון חזק שלשיטה זו יש פוטנציאל רב לאבחנות עתידיות. "
ג'יאנג'יאנג ג'ו, מחבר המחקר המשותף למחקר ופרופסור לאסוציאט למדעי האדם, אוניברסיטת אוהיו
נותחו שתי קבוצות של נתונים ביולוגיים שהוצאו מדגימות דם: מטבוליטים, מוצרים של תגובות ביוכימיות המפרקות מזון לייצור אנרגיה ולבצע פונקציות חיוניות אחרות, ותמלולים, קריאות RNA של הוראות DNA המנבאות שינויים בחלבון קשורים.
הדגימות הביולוגיות הן חלק משמעותי מכוחו של המחקר, אמר ג'ו, מכיוון שהן נאספו כחלק מפרויקטים מחקריים גדולים: יוזמת מניעת סרטן המעי הגס באוהיו (OCCPI) ומדינת ביו -בנק הקלינית של מרכז הרפואה של אוהיו. בסך הכל, 626 דגימות הגיעו מאנשים עם סרטן המעי הגס-כולל חולים עם מוטציות גנטיות בסיכון גבוה. 402 דגימות נוספות מאנשים בריאים בגיל ומגדר הושגו על ידי ג'יילי לי, מחבר המחקר המשותף למחקר ופרופסור חבר-קליני בפתולוגיה במכללה לרפואה של מדינת אוהיו.
"אנחנו, כבני אדם, בשלבים שונים של חיינו, יש למעשה ביוכימיה שונה למדי", אמר ג'ו. "אוסף הדגימות החשוב הזה איפשר לנו לנהל ניתוח מטבוליומיקה בתפוקה גבוהה כדי להבין את השינויים המולקולריים של אנשים שאינם חולים בסרטן עם אנשים הסובלים מסרטן, וגם ממחלה מוקדמת לשלב מאוחר.
"יש לנו גם נתונים מחולים עם מוטציות גנטיות שאנו יכולים להשוות לנתוני המטבוליטים כדי לבדוק אם שינויים מטבוליים הם אינדיקציה לערכים חזויים למוטציות הגנטיות. למיטב ידיעתנו, זו הפעם הראשונה שזה נעשה בהיקף זה ובקנה מידה מכיוון שאנחנו מסתכלים על מאות חולים פשוטו כמשמעו."
סמנים ביולוגיים מסמכים על אבחון על אוכלוסיות שונות בגלל התנאים הרבים המשפיעים על פרופילים מולקולריים במערכות חיים – ולכן מחקר זה מדגיש מספר שינויים מולקולריים עם פוטנציאל, אך לא בטוח, בהערכת נוכחותו והתקדמותו של סרטן המעי הגס בקבוצה של חולים מייצגים ארצית.
מסלולי חילוף החומרים הקשורים למשפחה אחת של תרכובות הנקראות Purines, הנחוצות להיווצרות DNA והשפלות, בלטו בניתוח מכיוון שהם היו פעילים יותר בסך הכל בחולי סרטן בהשוואה לביקורת בריאה והיו פחות פעילים עם שלבי גידול מתקדמים יותר.
"זה בהחלט אינדיקציה לכך שביו -סמן זה עשוי להיות קשור למנגנונים הבסיסיים של ביולוגיה של סרטן", אמר ג'ו. "אנו אופטימיים בזהירות באמירה שאנחנו לא רק עושים גילוי ביו -סמן, אלא גם מספקים רמזים לחקירות מכניסטיות."
הצוות מתכנן להמשיך בניתוח מטבוליטים הקשורים לסוגים שונים של אותות ביולוגיים כדי לשכלל את צינור הסמן הביולוגי של פנדה.
"חלק מהסמנים שזיהינו הם מעט דלילים, ויש הרבה רעש בתוך האותות האלה, אך דחפנו את התחום קדימה לפתח פוטנציאל ביולוגי מהדור הבא ואת צינור הביואינפורמטיקה הרומן לאבחון ומעקב של סרטן המעי הגס," אמר ג'ו.
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית, מלגת מדינת אוהיו ופלוטוניה, שמימנה את ה- OCCPI ברחבי המדינה. ג'ו נתמך גם על ידי התוכנית של פרופסור סקרלט ואפור של פרובוסט במדינת אוהיו.
מחברים משותפים נוספים כוללים את הסופר הראשון רוי שו, הייין יונג, פואד צ'וירי, שיזי ג'אנג, רייצ'ל פרלמן ונינג ג'ין, כל מדינת אוהיו, והתר המפלס ממרכז הסרטן הלאומי לעיר התקווה.
