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纳米磁珠+AI:让液体活检越走越近

导读: 液体活检技术,针对各类癌种的早期筛查,早期即成功检测,并处以小规模、可控制又非常高效的外科手术,世界经济论坛和《科学美国人》都将液体活检技术列为2017年全球十大新兴技术。

不久前,南方科技大学-美国硅谷Apostle联合项目落户深圳,其联合创始人是来自美国斯坦福大学和杜克大学的三位博士葛东亮、张博、郭昕,并由美国科学院院士查尔斯·坎特博士任顾问。这个“豪华技术团队”要让液体活检查癌在中国越来越近。

纳米磁珠+AI:让液体活检越走越近

葛东亮博士介绍,一些实体肿瘤细胞的DNA可以释放到外周血中,主要的途径是肿瘤细胞凋亡和外泌体等。通过外周血浆,或其他体液进行癌症DNA诊断,就是可以作为日常体检项目的液体活检技术。液体活检技术,针对各类癌种的早期筛查,早期即成功检测,并处以小规模、可控制又非常高效的外科手术,世界经济论坛和《科学美国人》都将液体活检技术列为2017年全球十大新兴技术。

现有技术面临两大挑战

肿瘤DNA可作为肿瘤早期诊断的有效工具,但必须对其进行准确灵敏的检测。葛东亮介绍,在这一领域,目前国际科研及产业界遇到了一个关键挑战:已有的液体活检技术,对存在于外周血浆中的肿瘤DNA进行检测时,无法提供早期诊断所需的准确度。

由于高通量测序有技术本身无法避免的误差,造成了目前技术难以逾越的障碍。即使将目前的错误率在技术上降低数百倍甚至数千倍,在极高乘数测序下,用于肿瘤早期诊断时,我们仍然无法分辨这些累积的误差与真实的肿瘤突变之间的区别,从而无法实现有效的早期诊断。

液体活检技术应用于临床的首要挑战是,患者体液中的游离核酸含量和浓度很低,每10毫升血中通常只有几纳克到一两百纳克,而现有的核酸抽提技术都是百微克级的,用于液体活检的极微量小片段核酸物质时,抽提效率不够。由于游离核酸本身含量和浓度很低,其中来自于疾病组织的游离核酸含量更低,当抽提效率不够时,无法保障检测质量。所以,当下全球亟待一种高效获得游离核酸并放大其中癌症信息的综合早筛研究方向与平台。

国际独创方法解决关键问题

“我们的纳米磁珠和人工智能专利是专门设计用来解决这两个关键问题的。”葛东亮介绍,纳米磁珠是一个直径很小,具有核心-包膜-特殊修饰的三层结构。它既可以与体液中极微量小片段核酸物质完全高效地结合,逆向又能完美有效地解除和释放,对极微量小片段核酸物质可以达到95%以上的富集,从而能捕获含量稀少的肿瘤DNA,解决了目前游离核酸捕获效率低的世界性难题。

而对不同肿瘤基因突变的甄别就要靠人工智能了。葛东亮告诉记者,他们建立了一个含有35000名肿瘤病人基因组信息的大数据库,其中涵盖了超过25种癌症种类,又设计了一种专门的计算机算法,其目的是在大数据库中,面对纷繁复杂、异质化的基因组现象集合,通过机器自我学习,训练计算机高效、高速、准确辨识肿瘤的有效突变,区分疑似突变,摒弃无效突变。这样的机器自我学习和进化的逻辑、方法和机器智能思维体系,能应用到更多未知的检测空间,从而彻底解决疾病遗传异质性对于检测的挑战。目前在国际领域,这样的方法是独创的。

联合项目目前已经进入产业化阶段。葛东亮表示,这项前沿“黑科技”已不是实验室的论文,而是可以产业化的项目。这种极有前景的新技术一旦投入广泛应用,将极大改善国计民生,为国家带动千亿美元级别的产业规模。

来源:科技日报

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