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Neuartige AI-Bluttesttechnologie kann Lungenkrebs mit hoher Genauigkeit identifizieren

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Eine neuartige Bluttesttechnologie mit künstlicher Intelligenz kann über 90 Prozent der Lungenkrebsfälle in Proben erkennen

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Eine neuartige Bluttesttechnologie mit künstlicher Intelligenz, die von Forschern des Johns Hopkins Kimmel Cancer Center entwickelt wurde, konnte über 90 Prozent der Lungenkrebsfälle in Proben von fast 800 Personen mit und ohne Krebs erkennen.

Der Testansatz mit der Bezeichnung DELFI (DNA evaluation of fragments for early interception) erkennt einzigartige Muster in der Fragmentierung der DNA, die von den im Blutkreislauf zirkulierenden Krebszellen abgesondert wird. Bei der Anwendung dieser Technologie auf Blutproben von 796 Personen in Dänemark, den Niederlanden und den USA stellten die Forscher fest, dass das DELFI-Verfahren genau zwischen Patienten mit und ohne Lungenkrebs unterscheidet.

Durch die Kombination des Tests mit der Analyse klinischer Risikofaktoren, einem Protein-Biomarker und einer anschließenden Computertomographie konnten mit DELFI 94 Prozent der Patienten mit Krebs in allen Stadien und Subtypen erkannt werden. Dazu gehörten 91 Prozent der Patienten mit Krebs im frühen oder weniger invasiven Stadium I/II und 96 Prozent der Patienten mit Krebs im fortgeschrittenen Stadium III/IV. Diese Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Lungenkrebs ist die häufigste Krebstodesursache und fordert jedes Jahr weltweit fast 2 Millionen Menschenleben. Dennoch unterziehen sich weniger als 6 Prozent der Amerikaner, die ein Risiko für Lungenkrebs haben, dem empfohlenen Niedrigdosis-Computertomographie-Screening, obwohl Prognosen zufolge Zehntausende von Todesfällen vermieden werden könnten, und noch weniger werden weltweit untersucht, erklärt der Hauptautor der Studie, Victor E. Velculescu, MD, PhD, Professor für Onkologie und Co-Direktor des Cancer Genetics and Epigenetics Program am Johns Hopkins Kimmel Cancer Center. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen, darunter die Sorge vor möglichen Schäden durch die Untersuchung von falsch-positiven Bildgebungsergebnissen, die Strahlenbelastung oder die Sorge vor Komplikationen bei invasiven Verfahren. "Es ist klar, dass es einen dringenden, ungedeckten klinischen Bedarf für die Entwicklung alternativer, nicht-invasiver Ansätze gibt, um die Krebsvorsorge für Hochrisikopersonen und letztlich für die Allgemeinbevölkerung zu verbessern", sagt der Hauptautor Dimitrios Mathios, ein Postdoktorand am Johns Hopkins Kimmel Cancer Center. "Wir glauben, dass ein Bluttest oder eine 'Flüssigbiopsie' für Lungenkrebs ein guter Weg sein könnte, um das Screening zu verbessern, weil er einfach durchzuführen, allgemein zugänglich und kostengünstig ist

Die DELFI-Technologie nutzt einen Bluttest, um indirekt die Art und Weise zu messen, wie die DNA im Zellkern verpackt ist, indem die Größe und Menge der zellfreien DNA im Blutkreislauf aus verschiedenen Regionen des Genoms untersucht wird. Gesunde Zellen verpacken die DNA wie einen gut organisierten Koffer, in dem die verschiedenen Regionen des Genoms sorgfältig in verschiedenen Fächern untergebracht sind. Die Zellkerne von Krebszellen sind dagegen eher wie ungeordnete Koffer, in denen Elemente aus dem gesamten Genom wahllos verteilt sind. Wenn Krebszellen absterben, geben sie ihre DNA in chaotischer Weise in den Blutkreislauf ab. DELFI hilft dabei, das Vorhandensein von Krebs zu erkennen, indem es mithilfe von maschinellem Lernen, einer Art künstlicher Intelligenz, Millionen von zellfreien DNA-Fragmenten auf anormale Muster untersucht, einschließlich der Größe und Menge der DNA in verschiedenen Genomregionen. Dieser Ansatz liefert eine Ansicht der zellfreien DNA, die als "Fragmentom" bezeichnet wird Der DELFI-Ansatz erfordert nur eine Sequenzierung des Genoms mit geringer Abdeckung, wodurch diese Technologie in einem Screening-Setting kosteneffektiv sein kann, so die Forscher.

Für die Studie führten Forscher von Johns Hopkins in Zusammenarbeit mit Forschern in Dänemark und den Niederlanden zunächst eine Genomsequenzierung der zellfreien DNA in Blutproben von 365 Personen durch, die an der siebenjährigen dänischen LUCAS-Studie teilnahmen. Die Mehrheit der Teilnehmer hatte ein hohes Lungenkrebsrisiko und litt unter rauchbedingten Symptomen wie Husten oder Atembeschwerden. Der DELFI-Ansatz ergab, dass Patienten, bei denen später Krebs festgestellt wurde, weit verbreitete Variationen in ihren Fragmentom-Profilen aufwiesen, während Patienten, bei denen kein Krebs festgestellt wurde, einheitliche Fragmentom-Profile hatten. Anschließend validierten die Forscher die DELFI-Technologie anhand einer anderen Population von 385 Personen ohne Krebs und 46 Personen mit Krebs. Insgesamt wurden mit diesem Ansatz über 90 Prozent der Patienten mit Lungenkrebs erkannt, darunter auch Patienten in frühen und fortgeschrittenen Stadien und mit verschiedenen Subtypen. "Die DNA-Fragmentierungsmuster liefern einen bemerkenswerten Fingerabdruck für die Krebsfrüherkennung, der unserer Meinung nach die Grundlage für einen weithin verfügbaren Flüssigbiopsietest für Patienten mit Lungenkrebs bilden könnte", so der Autor Rob Scharpf, PhD, außerordentlicher Professor für Onkologie am Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.

Im Rahmen einer nationalen klinischen Studie namens DELFI-L101, die von dem aus der Johns Hopkins University ausgegründeten Unternehmen Delfi Diagnostics gesponsert wird, wird ein auf der DELFI-Technologie basierender Test an 1.700 Teilnehmern in den USA untersucht, darunter gesunde Teilnehmer, Personen mit Lungenkrebs und Personen mit anderen Krebsarten. Die Gruppe möchte DELFI bei anderen Krebsarten weiter untersuchen.

Zu den anderen Wissenschaftlern, die an der Arbeit mitgewirkt haben, gehören Stephen Cristiano, Jamie E. Medina, Jillian Phallen, Daniel Bruhm, Noushin Niknafs, Leonardo Ferreira, Vilmos Adleff, Jia Yuee Ciao, Alessandro Leal, Michael Noe, James White, Adith S. Arun, Carolyn Hruban, Akshaya V. Annapragada, Patrick M. Forde, Valsamo Anagnostou und Julie R. Brahmer vom Johns Hopkins. Weitere Autoren kamen vom Herlev und Gentofte Krankenhaus und dem Bispebjerg Krankenhaus in Kopenhagen, dem Aarhus Universitätskrankenhaus in Aarhus, Dänemark, dem Herning Regionalkrankenhaus in Herning, Dänemark, dem Netherlands Cancer Institute in Amsterdam, Delfi Diagnostics und dem Hvidovre Krankenhaus in Hvidovre, Dänemark.