Ein Team unter der Leitung von Forschern der Cedars-Sinai Health Sciences University hat eine schnellere und kostengünstigere Methode zur Bestimmung der in Krebstumoren exprimierten Gene entwickelt. Das KI-basierte Tool, das sie in Cell beschreiben, könnte eine personalisierte Krebsbehandlung für mehr Patienten verfügbar machen.
Das neue Tool namens Path2Space sagt die Genexpression im gesamten Tumorbereich anhand digitaler Bilder von Biopsieobjektträgern voraus, die dünne Tumorgewebeschnitte enthalten, die unter einem Mikroskop untersucht werden können.
Da Tumore nicht überall die gleiche Zusammensetzung und Genexpression aufweisen, sagt Path2Space die sogenannte „räumliche“ Genexpression voraus und schätzt sie an vielen verschiedenen Punkten innerhalb des Tumors. Der Prozess dauert nur wenige Minuten und kostet deutlich weniger als die herkömmliche räumliche Genexpressionsprofilierung, die normalerweise mehrere Wochen dauert und Tausende von Dollar kostet.
Dieses Tool leistet zwei wichtige Beiträge. Es wird uns und anderen ermöglichen, größere Datensätze zu untersuchen und die räumliche Struktur von Tumoren zu verstehen. Aber was mich wirklich motiviert, ist, dass es die Krebsversorgung von Patienten verbessern könnte, wenn wir das Tool in klinischen Studien erfolgreich validieren können.“
Eytan Ruppin, MD, PhD, stellvertretender Direktor des Translational Research Institute am Cedars-Sinai und leitender Autor der Studie
Die Forscher „trainierten“ Path2Space anhand der Daten einer großen Gruppe von Brustkrebspatientinnen, bei denen sowohl Biopsieobjektträger als auch räumliche Sequenzierung verfügbar waren. Anschließend testeten sie das Tool an drei weiteren Patientendatensätzen, um seine Leistung zu validieren.
„Für jede Probe haben wir uns die tatsächliche, gemessene Genexpression angesehen und sie mit der Vorhersage unseres Tools verglichen“, sagte Dr. Eldad Shulman, Co-Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter am National Cancer Institute, der bald als Forschungswissenschaftler in Ruppins Labor eintreten wird. „Für jede Probe haben wir die räumliche Expression von fast 5.000 Genen vorhergesagt, und die Vorhersagen stimmten gut mit der gemessenen Expression in allen drei Patientengruppen überein.“
Path2Space soll Wissenschaftlern auch dabei helfen, neue Biomarker zu entdecken, die Behandlungsentscheidungen leiten und Patienten identifizieren könnten, bei denen ein höheres Risiko für schlechte Ergebnisse besteht.
„Das Tool untersucht Merkmale innerhalb des Tumors, beispielsweise ob ein Gen in einigen Bereichen des Tumors exprimiert wird und in anderen nicht“, sagte Emma Campagnolo, Co-Erstautorin der Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin in Ruppins Labor. „Wir haben spezifische räumliche Muster der Genaktivität in Tumoren gefunden, die vorhersagen, wie Patienten auf die Behandlung ansprechen.“
Die Identifizierung räumlicher Biomarker sei eine Herausforderung, sagte Shulman, da aufgrund der hohen Kosten der räumlichen Profilierung mit herkömmlichen Methoden nur sehr wenige dieser Daten verfügbar seien.
„Bevor wir Path2Space entwickelten, umfasste die größte Kohorte, die wir zur Untersuchung der räumlichen Organisation der Tumorumgebung finden konnten, etwa 30 Patienten“, sagte Shulman. „Mit diesem Tool können wir Folien von Tausenden von Patienten untersuchen.
Path2Space erschließt das Potenzial der Raumbiologie auf eine Weise, die bisher nicht möglich war.“
Path2Space könnte auf andere Krebsarten angewendet werden, sobald es mit den richtigen Daten trainiert wird, und das Labor schließt derzeit eine Studie ab, in der es auf Kopf- und Halskrebs angewendet wird, sagte Campagnolo. Das Team arbeitet außerdem daran, das Tool präziser zu machen. Derzeit werden Gruppen von 10 bis 20 Zellen zusammen betrachtet, und das Ziel besteht darin, schließlich einzelne Zellen beurteilen zu können.
„Mit Hilfe klinischer Kooperationspartner wollen wir Path2Space als nächstes in klinische Studien bringen“, sagte Ruppin. „Es stellt eine spannende Entwicklung in einem wachsenden Bereich dar und muss sorgfältig getestet werden. Wir sind jedoch zuversichtlich, dass es einen wirkungsvollen Beitrag zur Wissenschaft und zur Patientenversorgung leisten kann.“
Robert Figlin, MD, Interimsdirektor von Cedars-Sinai Cancer, stellte fest, dass translationale Forschung ein Markenzeichen der Institution sei.
„Die Entwicklung von Instrumenten, die modernste Wissenschaft auf die Patientenversorgung anwenden, ist der beste Weg, unseren Patienten zu dienen – und die Krebsbehandlung auf globaler Ebene zu verbessern“, sagte Figlin.
Quellen: