新加坡的研究人员推出了一种强大的新型人工智能工具,可以在肝癌复发之前就预测患者是否可能发生复发。这种技术被称为肿瘤免疫微环境空间(TIMES)评分,旨在评估肝细胞癌(HCC)患者复发的风险,HCC是最常见的肝癌类型。
该技术最近登上了世界领先的科学期刊《自然》(Nature)的封面,标志着其潜在的全球影响力。
TIMES评分系统由新加坡科技研究局(A*STAR)分子与细胞生物学研究所(IMCB)和新加坡中央医院(SGH)的科学家开发。它结合了前沿的空间生物学技术和机器学习方法,以发现当前诊断方法常常遗漏的癌症复发迹象。
以下是其工作原理:TIMES结合多重免疫荧光成像、空间转录组学和蛋白质组学数据,对肿瘤样本进行详细研究,新加坡中央医院的文章中提到,该院是该项目的临床合作方。
该系统使用XGBoost机器学习算法来识别肉眼不可见的免疫细胞行为和基因表达模式,从而以约82%的准确率预测癌症复发,远高于现有临床工具。
其中一项关键突破是该系统能够绘制肿瘤内部自然杀伤细胞(NK细胞)的空间分布,并分析五个关键基因的表达情况。基于这些信息,人工智能标记出术后癌症复发高风险的患者,帮助医生更快地采取个性化的随访或调整治疗方案。
“在新加坡,高达70%的肝癌患者在五年内癌症会复发,”该研究的主要调查员Joe Yeong医生表示。Yeong同时是A*STAR IMCB和SGH的重要资深成员,并领导SingHealth杜克-国大学院病理学临床项目中的免疫病理学。“TIMES在我们早期检测和管理复发方面是一个游戏规则改变者,”他说。
研究人员还确定了一个称为SPON2的关键生物标志物,由NK细胞表达,与复发风险密切相关。实验表明,SPON2阳性的NK细胞对肿瘤更具活性——它们能更有效地向癌细胞移动,并帮助触发更强的CD8+ T细胞反应。这一发现为新的免疫疗法打开了大门,未来可能由人工智能驱动的诊断来指导治疗。
“TIMES将常规病理切片转化为强大的预测工具,”A*STAR IMCB高级研究官员、共同第一作者Denise Goh解释道。“我们的AI不仅提高了预测能力——它还帮助临床医生精确调整治疗时机和方式,这最终可能挽救生命。”
为了测试其可靠性,TIMES系统使用来自五家医院的231名患者的肿瘤组织进行了验证。研究团队还推出了一个免费在线门户,研究人员可以上传肿瘤图像并获得人工智能生成的风险评估。该算法已申请专利,目前正努力将其封装成诊断试剂盒,以便在实际临床环境中使用。
今年晚些时候,SGH和新加坡国家癌症中心将进一步开展试验,诊断合作伙伴正在努力标准化实验室工作流程,以推动该技术进入主流癌症护理。
这一突破反映了ASTAR分子与细胞生物学研究所的更广泛目标,即利用生物学开发下一代治疗方法和诊断工具。这也突出了ASTAR推动公共部门研发的使命,不仅在新加坡,而且在全球范围内改善人们的生活。
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