לאנשים עם סרטן יש כמויות שונות של סוג של DNA שחוזר על עצמו -; הנקראים אלמנטים אלו -; מאשר אנשים ללא סרטן. כעת, למידת מכונה יכולה למדוד זאת מתוך הוצאת דם. חוקרים ממרכז הסרטן ג'ונס הופקינס קימל השתמשו בממצא זה כדי לשפר בדיקה שמזהה סרטן מוקדם, תוך אימות ושחזור התוצאות על ידי התחלה בגודל מדגם גדול פי עשרה מהאופייני לסוגים כאלה של מחקרים.
המחקר פורסם ב-24 בינואר בכתב העת מדע רפואה מתרגמת.
יסודות אלו הם קטנים: אורכם כ-300 זוגות בסיסים מתוך 2 מיליארד צעדים בסולם DNA. אבל, שינויים בשיעור של יסודות אלו בפלסמת הדם של אנשים מתרחשים ללא קשר למקור הסרטן, מסביר מחבר המחקר הראשי כריסטופר דווויל, Ph.D., עוזר פרופסור לאונקולוגיה בג'ונס הופקינס.
בדיקת דם טומנת בחובה הבטחה גדולה לגילוי מוקדם יותר של סרטן לפני שאנשים יפגינו תסמינים כלשהם. עם זאת, ניתוח תוצאות עם למידת מכונה "לא בהכרח תורגם להצלחה ארוכת טווח עבור מטופלים כאשר תנודות קלות מייצרות תחזיות שונות בתכלית במודלים מורכבים אלה. כדי להשפיע לטווח ארוך על הטיפול בחולים, רופאים ומטופלים חייבים להיות בטוחים שהמודלים שלהם מסווג באופן עקבי וניתן לשחזור מצב סרטן. בכתב היד שלנו, הערכנו 1,686 אנשים מספר פעמים כדי להעריך אם מודל למידת המכונה שלנו מספק באופן עקבי את אותה תשובה."
כריסטופר דווויל, Ph.D., עוזר פרופסור לאונקולוגיה, ג'ונס הופקינס
דווויל ועמיתיו פיתחו בדיקה לזיהוי אנאופלואידיות, שינויים במספר העתקות הכרומוזומים שנמצאו בסרטן. הבדיקה מדדה אנאופלואידיה באמצעות בדיקת דם הנקראת ביופסיה נוזלית, המזהה שברי DNA של תאים סרטניים שמסתובבים בזרם הדם.
עם זאת, דווויל הבחין באות בלתי מוסבר שהבדיל בין סרטן ללא סרטן, אך לא ניתן היה להסבירו על ידי רכישה או אובדן של כרומוזומים.
הצוות החליט לשלב את המבחן הקודם שלהם -; מסוגל לבדוק 350,000 מיקומים חוזרים ב-DNA -; עם גישת למידת מכונה חסרת פניות.
דוביל ועמיתיו אספו דגימות מ-3,105 אנשים עם סרטן מוצק ו-2,073 ללא. המחקר כיסה 11 סוגי סרטן ו-7,615 דגימות דם. החזרות שימשו כשכפולים כדי לראות עד כמה המודל עובד. הם הגיעו לספציפיות של 98.9%, מה שאומר שהם יכולים למזער תוצאות בדיקות חיוביות שגויות. "זה חיוני בעת בדיקת מטופלים אסימפטומטיים, כך שלא נאמר לאנשים באופן שגוי שיש להם סרטן", אומר דוביל.
בקבוצת אימות עצמאית, הוספת רכיבי Alu למודל למידת מכונה תפסה 41% ממקרי הסרטן שהוחמצו על ידי שמונה סמנים ביולוגיים קיימים והבדיקה הקודמת של הקבוצה, ותרם "תרומה גדולה יותר", כתבו המחברים במאמר, "מאנופלואידיה או חלבונים. " סוג ה-DNA החוזר שתרם הכי הרבה לגילוי סרטן היה תת-המשפחה הגדולה ביותר של יסודות אלו, הנקראת AluS; בפלסמת הדם של אנשים עם סרטן היה פחות מזה מהרגיל.
המודל נקרא A-PLUS (למידת פרופילים של Alu Using Sequencing). הקוד זמין באינטרנט.
למרות שהם מהווים 11% מה-DNA מבני אדם ופרימטים אחרים, אלמנטים אלו הוגדרו זמן רב כקשים מדי לשימוש כסמן ביולוגי, אומר דוביל. "הם קטנים וחוזרים על עצמם -; קשים מבחינה טכנית. אבל מחקר זה מראה שספירת אורכים חוזרים ונשנים של DNA בפלסמת הדם -; צוות ססגוני של שברי DNA המגיעים מאיברים בכל הגוף -; חסכונית ומשפרת גילוי מוקדם של סרטן, " אומר דוביל. הם רואים בעיני רוחם את גילוי הסרטן המבוסס על אלו כהשלמה לערכת הכלים של בדיקות סרטן אחרות הזמינות לרופאים. השלב הבא הוא לתעדף אילו סמנים ביולוגיים נראים המבטיחים ביותר ולרכז אותם יחד.
מחברי המחקר כללו את קאמל להואל, אלברט קואו, היילי גרנט, ברכה ארלנגר אביגדור, סמואל ד. קרטיס, מחמוד סאמרס, ג'ושוע ד. כהן, יוקסואן וואנג, אוסטין מטוקס, ג'ונתן דאדלי, ליסה דובין, מריה פופולי, ג'נין פטאק, נאדין. נחמה, נטלי סילימן, שרי בלייר, קתרין רומן, כריסטופר ת'וברן, ג'ניפר גיצי, מייקל גוגינס, אי-מינג שי, אן מארי לנון, ראלף ה. הרובן, צ'טן בטגוודה, קנת וו. קינזלר, ניקולאס פאפאדופולוס, ברט פוגלשטיין וכריסטיאן טומאסטי. של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס ועיר התקווה.
מחברים נוספים היו מהמחלקה לרפואה והמחלקה לאפידמיולוגיה באוניברסיטת פיטסבורג; המחלקה לכירורגיה ב-NYU Langone; ובחו"ל בווייטנאם (Pham Ngoc Thach University of Medicine ו-Saigon Precision Research Center) ואוסטרליה (מכון וולטר ואלייזה הול למחקר רפואי, אוניברסיטת מלבורן, האוניברסיטה לטכנולוגיה סידני ואוניברסיטת ניו סאות' ויילס).
מחקר זה נתמך על ידי ה-NIH (מענק U01CA271884, R21NS113016, RA37CA230400, U01CA230691, 5P50CA062924-22, סרטן השחלות SPORE DRP 80057309, קרן 069 לוצ'רד CA ו-Temple DK 30057309) קרן טון (62818) , קרן חבר העמים, הקרן לחקר הסרטן לזכר תומאס מ. הוהמן, קרן סטנד הלימונדה של אלכס, מתקן הריצוף של סול גולדמן בג'ונס הופקינס, קרן קונרד ר. הילטון, קרן בנג'מין בייקר (80049589), שחייה ברחבי אמריקה, Burroughs Wellcome פרס קריירה למדענים רפואיים, הקרן לחקר הסרטן לזכר תומאס מ. הוהמן וה-NHMRC (מענק חוקר APP1194970).
על פי הסכם רישיון בין Exact Sciences Corp. ואוניברסיטת ג'ונס הופקינס, טומאסטי והאוניברסיטה זכאיות לחלוקת תמלוגים. ל-Tomastti יש בקשות לפטנטים על IP הקשורים לגילוי מוקדם של סרטן, הוא חבר במועצה המייעצת המדעית של PrognomiQ Inc., יועץ לאונקולוגיה Haystack, ויועץ בתשלום עבור Rising Tide Foundation ו-Bayer AG. פוגלשטיין, קינזלר ופפאדופולוס הם המייסדים של Thrive Earlier Detection, חברת Exact Sciences, ומחזיקים בהון עצמי ומהווים יועצים ל-CAGE Pharma. Kinzler, Papadopoulos ו-Douville הם יועצים ל-Thrive Earlier Detection. פוגלשטיין, קינזלר, פאפאדופולוס ודווויל מחזיקים בהון עצמי במדעים מדויקים. Papadopoulos ו-Douville הם יועצים ל-Thrive Earlier Detection. פוגלשטיין, קינזלר, כהן ופפאדופולוס הם מייסדי הון עצמי של Haystack Oncology ו-ManaT Bio ובבעלותם. קינזלר ופפאדופולוס הם יועצים של Neophore. פוגלשטיין הוא יועץ ומחזיק בהון ב-Catalio Capital Management. Bettegowda הוא יועץ ל-Depuy-Synthes, Bionaut Labs, Haystack Oncology ו-Galectin Therapeutics, והוא מייסד שותף של OrisDx. Bettegowda ו-Douville הם המייסדים המשותפים של Belay Diagnostics.
החברות הנזכרות לעיל, כמו גם חברות אחרות, קיבלו רישיון לטכנולוגיות שתוארו בעבר הקשורות לעבודה המתוארת במאמר זה מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס. פוגלשטיין, קינזלר, פאפאדופולוס, בטגוודה ודווויל הם ממציאים של חלק מהטכנולוגיות הללו. רישיונות לטכנולוגיות אלו קשורים או יהיו קשורים לתשלומי הון או תמלוגים לממציאים וכן לאוניברסיטת ג'ונס הופקינס. ניתן להגיש בקשות לפטנט על העבודה המתוארת במאמר זה על ידי אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. תנאי ההסדרים הללו מנוהלים על ידי אוניברסיטת ג'ונס הופקינס בהתאם למדיניות ניגוד העניינים שלה.
