凱斯西儲(chǔ)大學(xué)：使用人工智能確定免疫療法是否有效
圖片來(lái)源：凱斯西儲(chǔ)大學(xué)免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療前后的CT放射線模式差異的說(shuō)明，同樣發(fā)現(xiàn)在診斷活檢中，在無(wú)反應(yīng)者中腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的密度高于無(wú)反應(yīng)者。
凱斯西儲(chǔ)大學(xué)數(shù)字成像實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們已經(jīng)率先使用人工智能(AI)來(lái)預(yù)測(cè)化學(xué)療法是否會(huì)成功，目前還可以確定哪些肺癌患者將從昂貴的免疫療法中受益。
“這并不是一時(shí)興起。這項(xiàng)研究似乎確實(shí)反映出該疾病的生物學(xué)特性，即更具侵略性的表型，而這是腫瘤學(xué)家目前所沒(méi)有的信息，” AnantMadabhushi表示。通過(guò)結(jié)合醫(yī)學(xué)成像，機(jī)器學(xué)習(xí)和AI技術(shù)，計(jì)算成像和個(gè)性化診斷(CCIPD)已成為檢測(cè)，診斷和表征各種癌癥和其他疾病的全球領(lǐng)導(dǎo)者。
目前，只有大約20%的癌癥患者實(shí)際上會(huì)從免疫療法中受益，這與化學(xué)療法的不同之處在于，它使用藥物來(lái)幫助免疫系統(tǒng)抵抗癌癥，而化學(xué)療法則使用藥物直接殺死癌細(xì)胞。
Madabhushi說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室最近將幫助腫瘤學(xué)家了解哪些患者將從該療法中真正受益，而哪些患者則不會(huì)。
Madabhushi說(shuō)：“盡管免疫療法改變了整個(gè)癌癥生態(tài)系統(tǒng)，但它仍然非常昂貴，每位患者每年約20萬(wàn)美元。這是癌癥帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)毒性的一部分，導(dǎo)致大約42%的新診斷出的癌癥患者在診斷后一年內(nèi)失去了生命。”
他補(bǔ)充說(shuō)，如果有一個(gè)基于他的實(shí)驗(yàn)室正在完成的研究的工具，將有助于“更好地匹配哪些患者會(huì)對(duì)免疫療法產(chǎn)生反應(yīng)，而不是花掉80萬(wàn)美元。”
新研究發(fā)表
由共同作者M(jìn)ohammadhadiKhorrami和PrateekPrasanna以及Madabhushi和來(lái)自六個(gè)不同機(jī)構(gòu)的10個(gè)其他合作者(參見(jiàn)下面的列表)領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)新研究已于本月發(fā)表在《癌癥免疫學(xué)研究》雜志上。
CCIPD的一名研究生Khorrami說(shuō)，這項(xiàng)研究中最重要的進(jìn)步之一就是計(jì)算機(jī)程序能夠記錄給定病變的紋理，體積和形狀的變化，而不僅僅是大小。
“這很重要，因?yàn)楫?dāng)醫(yī)生僅根據(jù)CT圖像來(lái)決定患者是否對(duì)治療做出反應(yīng)時(shí)，通常取決于病變的大小，” Khorrami說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)組織的變化是治療是否有效的更好預(yù)測(cè)指標(biāo)。
“例如，有時(shí)結(jié)節(jié)在治療后可能會(huì)出現(xiàn)更大的結(jié)節(jié)，這是由于另一個(gè)原因，例如腫瘤內(nèi)的血管破裂，但這種治療實(shí)際上是有效的。”
Madabhushi實(shí)驗(yàn)室的博士后研究助理Prasanna表示，在兩個(gè)不同部位和三種不同類型的免疫治療劑治療的患者的掃描結(jié)果一致。
他說(shuō)：“這證明了該計(jì)劃的基本價(jià)值，即我們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以預(yù)測(cè)不同免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的患者的反應(yīng)。我們正在處理一個(gè)基本的生物學(xué)原理。”
Prasanna說(shuō)，最初的研究使用了來(lái)自50位患者的CT掃描來(lái)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)，并創(chuàng)建一種數(shù)學(xué)算法來(lái)識(shí)別病變的變化。他說(shuō)，下一步將是對(duì)從其他地點(diǎn)和不同免疫療法藥物獲得的病例進(jìn)行測(cè)試。這項(xiàng)研究最近還獲得了ASCO 2019征服癌癥基金會(huì)優(yōu)異獎(jiǎng)。
Madabhushi說(shuō)，研究人員能夠證明，CT掃描上與治療陽(yáng)性反應(yīng)以及患者總體存活率最相關(guān)的模式后來(lái)也被發(fā)現(xiàn)與原始診斷活檢組織中免疫細(xì)胞的排列密切相關(guān)。這表明那些CT掃描實(shí)際上似乎捕獲了腫瘤引發(fā)的針對(duì)癌癥侵襲的免疫反應(yīng)，而那些免疫反應(yīng)最強(qiáng)的CT掃描顯示出最明顯的組織改變，最重要的是，對(duì)免疫療法的反應(yīng)最好。
Madabhushi于2012年在Case Western Reserve建立了CCIPD實(shí)驗(yàn)室，目前擁有近60名研究人員。該實(shí)驗(yàn)室與紐約大學(xué)和耶魯大學(xué)合作的一些最新工作已使用AI根據(jù)組織幻燈片圖像預(yù)測(cè)哪些肺癌患者將從輔助化療中受益，該成果被《預(yù)防雜志》(Prevention Magazine)評(píng)為2018年十大醫(yī)學(xué)突破之一。