Ultrasensitiv væskebiopsi-teknologi oppdager kreft tidligere enn standardmetoder

En AI-basert metode for å oppdage tumor-DNA i blodet har vist enestående følsomhet i å forutsi tilbakefall av kreft, ifølge en studie ledet av forskere ved Weill Cornell Medical School, NewYork-Presbyterian, New York Genome Center (NYGC) og Memorial Sloan Kettering (MSK). Den nye teknologien har potensial til å forbedre kreftbehandlingen ved å oppdage tilbakefall veldig tidlig og nøye overvåke tumorresponsen på behandlingen.

I en studie publisert 14. juni i tidsskriftet Nature Medicine, viste forskerne at de var i stand til å trene en maskinlæringsmodell, en type kunstig intelligensplattform, til å oppdage sirkulerende tumor-DNA (ctDNA) basert på DNA-sekvenseringsdata fra pasienters blodprøver med svært høy følsomhet og nøyaktighet. De demonstrerte teknologien med suksess hos pasienter med lungekreft, melanom, brystkreft, tykktarmskreft og precancerøse tykktarmspolypper.

«Vi klarte å oppnå en betydelig forbedring i signal-til-støy-forholdet, noe som for eksempel lar oss oppdage tilbakefall av kreft måneder eller til og med år før standard kliniske metoder kan», sa studiens medforfatter Dr. Dan Landau, professor i medisin i avdelingen for hematologi og medisinsk onkologi ved Weill Cornell Medical School og et kjernemedlem av New York Genome Center.

Medforfatter og førsteforfatter av studien var Dr. Adam Widman, en postdoktor i Landaus laboratorium som også er brystonkolog ved MSK. Andre førsteforfattere var Minita Shah fra NYGC, Dr. Amanda Frydendal fra Aarhus Universitet og Daniel Halmos fra NYGC og Weill Cornell Medical School.

Flytende biopsiteknologi har vært treg med å realisere sitt store potensial. De fleste eksisterende tilnærminger retter seg mot relativt små sett med kreftassosierte mutasjoner som ofte er for sjeldne i blodet til å kunne oppdages pålitelig, noe som fører til undervurdering av krefttilbakefall.

For flere år siden utviklet Dr. Landau og kollegene hans en alternativ tilnærming basert på helgenomsekvensering av DNA i blodprøver. De viste at dette kunne samle inn mye mer «signal», noe som gjorde det mulig å oppdage tumor-DNA mer sensitivt og logistisk. Siden den gang har denne tilnærmingen i økende grad blitt tatt i bruk av utviklere av flytende biopsi.

I den nye studien tok forskerne det et skritt videre ved å bruke en avansert maskinlæringsstrategi (ligner på den som brukes i populære AI-apper som ChatGPT) for å oppdage subtile mønstre i sekvenseringsdataene, spesielt for å skille mønstre som indikerer kreft fra mønstre som indikerer sekvenseringsfeil og annen «støy».

I én test trente forskerne systemet sitt, som de kalte MRD-EDGE, til å gjenkjenne pasientspesifikke tumormutasjoner hos 15 pasienter med tykktarmskreft. Etter kirurgi og cellegift forutså systemet, basert på bloddata, at ni av dem hadde gjenværende kreft. Fem av disse pasientene fikk senere tilbakefall oppdaget med mindre sensitive metoder flere måneder senere. Men det var ingen falske negative resultater: Ingen av pasientene MRD-EDGE hadde regnet som fri for tumor-DNA, fikk tilbakefall i løpet av studieperioden.

MRD-EDGE viste lignende sensitivitet i studier hos pasienter med tidlig stadium av lungekreft og trippel-negativ brystkreft, der alle tilbakefall unntatt ett oppdaget tidlig og tumorstatus sporet under behandlingen.

Forskerne viste at MRD-EDGE til og med kunne oppdage mutant DNA fra precancerøse tykktarmsadenomer – polypper som tykktarmskreft utvikler seg fra.

«Det var ikke klart at disse polyppene kunne frigjøre detekterbart ctDNA, så dette er et betydelig fremskritt som kan peke mot fremtidige strategier for å oppdage precancerøse endringer», sa Dr. Landau, som også er medlem av Sandra og Edward Meyer Cancer Center ved Weill Cornell School of Medicine og hematolog-onkolog ved NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.

Til slutt viste forskerne at selv uten forutgående opplæring i pasientsekvenseringsdata for tumorer, kunne MRD-EDGE oppdage responser på immunterapi hos melanom- og lungekreftpasienter uker før deteksjon med standard røntgenavbildning.

«Alt i alt dekker MRD-EDGE et stort behov, og vi er begeistret for potensialet og samarbeider med industripartnere for å prøve å bringe det til pasienter», sa Dr. Landau.