站長之家(ChinaZ.com) 7月10日消息: 科學(xué)家們設(shè)計了一種人工智能工具，可以在手術(shù)中快速解碼腦腫瘤的 DNA，確定其分子特征，而在當(dāng)前的方法下，這一關(guān)鍵信息可能需要數(shù)天甚至數(shù)周時間才能獲得。
在手術(shù)中了解腫瘤的分子類型可以幫助神經(jīng)外科醫(yī)生做出決策，例如要去除多少腦組織，以及是否將殺滅腫瘤的藥物直接放入腦內(nèi)——而這些決策是在患者仍在手術(shù)臺上時做出的。
哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項工作報告發(fā)表在 7 月 7 日的《Med》雜志上。
手術(shù)中進(jìn)行準(zhǔn)確的分子診斷——詳細(xì)描述細(xì)胞中的 DNA 變化——可以幫助神經(jīng)外科醫(yī)生決定要去除多少腦組織。當(dāng)腫瘤不太具有侵襲性時，過度切除可能會影響患者的神經(jīng)和認(rèn)知功能。同樣，當(dāng)腫瘤高度侵襲性時，切除過少可能會留下惡性組織，該組織可能會快速生長和擴(kuò)散。
該研究的資深作者、哈佛醫(yī)學(xué)院 Blavatnik 研究所的生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)助理教授 Kun-Hsing Yu 表示：「現(xiàn)在，即使是最先進(jìn)的臨床實踐也不能在手術(shù)中分子地對腫瘤進(jìn)行定性。我們的 AI 工具通過從冷凍病理切片中提取迄今未被利用的生物醫(yī)學(xué)信號來克服這一挑戰(zhàn)?！?/p>
在手術(shù)中了解腫瘤的分子特征也很重要，因為某些腫瘤可以從手術(shù)時直接放入藥物涂層的腦內(nèi)治療中獲益，Yu 說道：「能夠?qū)崟r確定術(shù)中分子診斷，可以推動實時精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的發(fā)展?！?/p>
目前，標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)中診斷方法涉及取出腦組織，冷凍處理，并在顯微鏡下進(jìn)行檢查。一個主要的缺點(diǎn)是冷凍組織往往會改變細(xì)胞在顯微鏡下的外觀，并可能影響臨床評估的準(zhǔn)確性。此外，即使使用強(qiáng)大的顯微鏡，人眼也無法可靠地檢測到幻燈片上微小的基因變異。
這種新的人工智能方法克服了這些挑戰(zhàn)。這種名為 CHARM（Cryosection Histopathology Assessment and Review Machine）的工具已經(jīng)向其他研究人員免費(fèi)提供。研究團(tuán)隊表示，在部署到醫(yī)院之前，它還需要在實際環(huán)境中進(jìn)行臨床驗證，并經(jīng)過 FDA 的審批。
CHARM 是使用來自三個不同患者群體的 1，524 例膠質(zhì)瘤患者的 2，334 個腦腫瘤樣本開發(fā)的。在對一組從未見過的腦樣本進(jìn)行測試時，該工具以 93％的準(zhǔn)確率區(qū)分了具有特定分子突變的腫瘤，并成功分類了三種具有不同分子特征、具有不同預(yù)后并對治療產(chǎn)生不同反應(yīng)的膠質(zhì)瘤的主要類型。
更進(jìn)一步，這個工具成功地捕捉到了惡性細(xì)胞周圍組織的視覺特征。它能夠在樣本中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞密度更高、細(xì)胞死亡更多的明顯區(qū)域，這兩個信號都表示更具侵襲性的膠質(zhì)瘤類型。
這個工具還能夠?qū)⒓?xì)胞的外觀特征——細(xì)胞核的形狀、細(xì)胞周圍水腫的存在——與腫瘤的分子特征聯(lián)系起來。這意味著算法可以確定細(xì)胞外觀與腫瘤的分子類型之間的關(guān)系。
Yu 表示，這種評估圖像周圍背景的能力使模型更準(zhǔn)確，更接近于人類病理學(xué)家對腫瘤樣本進(jìn)行視覺評估的方式。
研究人員表示，雖然該模型是在膠質(zhì)瘤樣本上進(jìn)行訓(xùn)練和測試的，但可以成功重新訓(xùn)練以識別其他腦癌亞型。
科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計了用于描述其他癌癥類型（如結(jié)腸癌、肺癌和乳腺癌）的人工智能模型，但由于膠質(zhì)瘤的分子復(fù)雜性以及腫瘤細(xì)胞形狀和外觀的巨大變化，膠質(zhì)瘤一直是尤其具有挑戰(zhàn)性的。
Yu 表示，CHARM 工具需要定期重新訓(xùn)練，以反映新的疾病分類，隨著新的知識不斷涌現(xiàn)，「就像人類臨床醫(yī)生必須進(jìn)行持續(xù)的教育和培訓(xùn)一樣，AI 工具必須跟上最新的知識，以保持最佳性能?！?/p>
CHARM Github 頁面：https://github.com/hms-dbmi/charm
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