Biopsje płynne wspomagane sztuczną inteligencją są obiecujące w zakresie wczesnego wykrywania raka

Biopsje płynne wspomagane sztuczną inteligencją są obiecujące w zakresie wczesnego wykrywania raka

Perspektywa diagnozowania raka za pomocą bezbolesnych metod – takich jak proste badanie krwi lub moczu wykorzystujące sztuczną inteligencję, które wykrywa maleńkie cząsteczki zwane egzosomami – staje się coraz bardziej realna. Naukowcy uważają, że takie podejście może pewnego dnia umożliwić szybką i prostą identyfikację biomarkerów nowotworowych.

To przełomowe spostrzeżenie następuje po obszernym narracyjnym przeglądzie literatury i zapewnia wszechstronne i interpretacyjne podsumowanie oraz analizę opublikowanych badań na ten temat.

Wyniki przeglądu, pod przewodnictwem Mohammada Harba Semreena, profesora chemii farmaceutycznej na Uniwersytecie w Sharjah, opublikowano w międzynarodowym czasopiśmieClinica Chimica Acta. Oceniono wyniki ponad 100 badań i podsumowano cztery kluczowe konteksty, które zapewniły interpretację, analizę i wiedzę ekspercką.

Przegląd, w którym podsumowano badania opublikowane w latach 2018–2025, skupia się na egzosomach – maleńkich woreczkach uwalnianych przez prawie każdą komórkę ciała, które pełnią rolę kurierów przenoszących molekularne wiadomości z jednej komórki do drugiej. W przypadku raka te mikroskopijne przekaźniki zmieniają się dramatycznie: zostają obciążone białkami, materiałem genetycznym, lipidami i metabolitami, które odzwierciedlają to, co dzieje się w nowotworze.

„Rozszyfrowując molekularny «ładunek» tych egzosomów za pomocą podejścia multiomicznego – łączącego proteomikę, transkryptomikę, metabolomikę i lipidomikę – możemy stworzyć szczegółową mapę tego, w jaki sposób nowotwory komunikują się, rosną i unikają leczenia” – wyjaśnił prof. Semreen. „Daje to naukowcom nową szansę na odkrycie precyzyjnych, niezawodnych biomarkerów, które mogą wcześniej wykryć raka, przewidzieć jego agresywność i monitorować reakcję pacjentów na terapię”.

Egzosomy to maleńkie cząsteczki uwalniane przez ludzkie komórki, które swobodnie krążą w płynach ustrojowych. Ponieważ niosą molekularne sygnatury komórek nowotworowych, rutynowe badanie krwi lub moczu może pewnego dnia zapewnić wczesną, nieinwazyjną metodę wykrywania raka.

Obecne postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji (AI) przyspieszają ten postęp poprzez skanowanie ogromnych ilości zbiorów danych molekularnych w celu ujawnienia wzorców niewidocznych dla ludzkiego oka, przyczyniając się do szybszej i dokładniejszej identyfikacji wiarygodnych biomarkerów nowotworowych.

Prof. Semreen opisuje to podejście jako „potężne”, ponieważ „egzosomy można uzyskać z prostych płynów ustrojowych, takich jak krew lub mocz, co oznacza, że ​​pewnego dnia nowotwór będzie można wykryć za pomocą nieinwazyjnej biopsji płynnej, a nie bolesnych próbek tkanek”.

Autorzy podkreślają, że egzosomy nie są biernymi obserwatorami, ale wpływają na rozprzestrzenianie się nowotworu, unikanie odporności i oporność na leki, czyniąc je zarówno posłańcami, jak i manipulatorami w procesie nowotworowym.

W artykule podkreślono, jak połączenie danych multiomicznych ze sztuczną inteligencją może odkryć ogromną złożoność tych pęcherzyków i zidentyfikować klinicznie istotne sygnały. Integracja ta przybliża naukowców do spersonalizowanej i predykcyjnej diagnostyki nowotworów – w przypadku której rutynowe badanie krwi mogłoby ujawnić najwcześniejsze oznaki choroby i pomóc w podjęciu decyzji o leczeniu z niespotykaną dotąd precyzją.

Ponieważ rak pozostaje główną przyczyną zgonów na całym świecie, badanie podkreśla potencjał badań krwi i moczu opartych na sztucznej inteligencji w zakresie szybkiego i łatwego wykrywania choroby – zanim pojawią się objawy i rozprzestrzenią się komórki nowotworowe – umożliwiając wczesną interwencję i poprawę wyników leczenia.

Według Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (IARC) w 2022 r. odnotowano około 20 milionów nowych przypadków raka i prawie 10 milionów zgonów. Około 53,5 miliona ludzi żyło w ciągu pięciu lat od diagnozy raka. Statystycznie około jedna na pięć osób w ciągu swojego życia zachoruje na raka, a około jeden na dziewięciu mężczyzn i jedna na 12 kobiet umrze z powodu tej choroby.

Egzosomy przekazują szepty komórek nowotworowych – uczymy się słuchać. Dekodując egzosomy, możemy wcześniej wykryć raka i inteligentniej go leczyć.

Naszym celem jest przekształcenie prostego badania krwi w potężne narzędzie diagnostyczne. Te nanoprzekaźniki dają nam obraz w czasie rzeczywistym tego, co dzieje się wewnątrz nowotworów. To, co kiedyś wymagało operacji, wkrótce będzie można wykonać za pomocą kropli krwi.

Fatima Maher Al-Daffaie, główna autorka badania, doktorantka w dziedzinie projektowania i badań leków na Uniwersytecie w Sharjah College of Pharmacy

Zapytany o praktyczne implikacje badań profesor Semreen stwierdził, że odkrycia mogą zmienić sposób wykrywania i leczenia raka w przyszłości. „Najszybszym zastosowaniem jest opracowanie płynnych biopsji – prostych testów krwi lub moczu, które analizują egzosomy w celu wykrycia raka we wczesnym stadium, monitorowania reakcji na leczenie, a nawet przewidywania nawrotu choroby, zanim pojawią się objawy”.

Dodał: „Ponieważ egzosomy noszą te same molekularne odciski palców, co ich macierzyste komórki nowotworowe, zapewniają nieinwazyjny obraz tego, co dzieje się w organizmie w czasie rzeczywistym. Może to pozwolić lekarzom na przejście od tradycyjnych biopsji tkanek do bezpieczniejszych, szybszych i bardziej powtarzalnych testów śledzących choroby w czasie”.

Drugie obiecujące podejście polega na wykorzystaniu egzosomów jako naturalnych nośników dostarczania leków. „Te pęcherzyki w skali nano można zaprojektować tak, aby dostarczały leki przeciwnowotworowe, cząsteczki RNA, a nawet narzędzia do edycji genów bezpośrednio do komórek nowotworowych. Ich naturalna kompatybilność z organizmem ludzkim oznacza, że ​​mogą dostarczać leki dokładnie tam, gdzie są potrzebne, redukując skutki uboczne i zwiększając skuteczność”.

Ahmad Abuhelwa, profesor nadzwyczajny farmakologii klinicznej i farmakometrii na Uniwersytecie w Sharjah i współautor, zauważył:
„Egzosomy zapewniają żywy obraz zachowania nowotworu. Analizując ich sygnatury molekularne, możemy spersonalizować leczenie i monitorować rozwój guza u każdego pacjenta w czasie”.

Kontynuował: „To, co czyni te badania tak ekscytującymi, to ich potencjał zrewolucjonizowania diagnostyki. Integrując dane multiomiczne i sztuczną inteligencję, możemy zinterpretować ogromną złożoność biologii raka w sposób klinicznie możliwy do zastosowania. To krok w kierunku uczynienia onkologii precyzyjnej nie tylko koncepcją, ale rzeczywistością w rutynowej opiece medycznej”.

Na pytanie, czy badanie wzbudziło zainteresowanie przemysłu lub instytucji opieki zdrowotnej, autorzy odpowiedzieli, że nie nawiązano jeszcze formalnej współpracy, chociaż dziedzina ta cieszy się dużym zainteresowaniem na całym świecie. Diagnostyka oparta na egzosomach i technologie biopsji płynnych należą do najszybciej rozwijających się dziedzin medycyny precyzyjnej, przyciągających duże inwestycje firm biotechnologicznych i farmaceutycznych.

„W miarę jak nasza praca będzie łączyć badania naukowe i zastosowania kliniczne, spodziewamy się nawiązania nowych partnerstw – szczególnie z firmami i instytutami badawczymi zainteresowanymi rozwojem diagnostyki nowotworów nowej generacji i spersonalizowanych narzędzi monitorowania” – powiedział prof. Semreen.

Źródła: