Inside the Tumor：AI 破解五种隐藏细胞类型以阻止癌症卷土重来
由 Garvan 医学研究所共同领导的一个跨国研究团队开发并测试了一种新的 AI 工具，以更好地表征肿瘤内单个细胞的多样性，为患者提供更有针对性的治疗打开了大门。 关于开发和使用名为 AAnet 的 AI 工具的研究结果今天发表在美国癌症研究协会的期刊 Cancer Discovery 上。 并非所有肿瘤细胞，相同的 肿瘤不是由只有一种细胞类型 - 它们是不同细胞的混合物，以不同的方式生长和对治疗做出反应。 这种多样性或异质性使癌症更难治疗，进而导致更糟糕的结果，尤其是在三阴性乳腺癌中。 “异质性是一个问题，因为目前我们对待肿瘤就像它们是由同一个细胞组成的一样。 这意味着我们提供一种通过靶向特定机制杀死肿瘤中大部分细胞的疗法。 但并非所有癌细胞都可能共享该机制。 因此，虽然患者可能有初步反应，但剩余的细胞可以生长，癌症可能会复发，“该研究的共同高级作者、Garvan 癌症可塑性和休眠计划的联合主任 Christine Chaffer 副教授说。 但是，尽管异质性是一个问题，但研究人员还没有足够的知识来描述它的特征：“到目前为止，研究人员还无法清楚地解释肿瘤中相邻细胞彼此之间的差异，并且如何将这些差异分类为有意义的方式以更好地治疗肿瘤。 但这正是我们需要了解的，这样我们才能用正确的疗法杀死肿瘤内的所有细胞，“Chaffer 副教授补充道。 一种新工具表征了五个新的癌细胞群 为了解决这个问题，该团队开发并训练了一种名为 AAnet 的强大新型 AI 工具，可以检测肿瘤内细胞的生物模式。 然后，他们使用 AI 工具发现了肿瘤内单个细胞的基因表达水平，重点关注三阴性乳腺癌的临床前模型以及 ER 阳性、HER2 阳性和三阴性乳腺癌的人类样本。 通过这种方式，他们在肿瘤中鉴定了五个不同的癌细胞群，这些细胞组具有不同的基因表达谱，表明细胞行为存在巨大差异。 “通过使用我们的 AI 工具，我们始终能够在单个肿瘤中发现五组新的细胞类型称为“原型”。 每组表现出不同的生物学途径和生长、转移和不良预后标志物的倾向。 我们下一步是了解这些群体如何随着时间的推移而变化，例如化疗前后，“Chaffer 副教授说。 这是癌症研究的第一次。 领导人工智能工具开发的耶鲁大学副教授 Smita Krishnaswamy 表示：“由于技术进步，过去 20 年已经看到单单元级别的数据爆炸式增长。 通过这些数据，我们发现不仅每个患者的癌症不同，而且每个癌细胞的行为也不同。 我们的研究是单细胞数据首次能够将细胞状态的这一连续体简化为少数有意义的原型，通过这些原型可以分析多样性以找到与空间肿瘤生长和代谢组学特征的有意义的关联。 这可能会改变游戏规则。 新分类推动更好的靶向治疗 研究人员表示，使用 AAnet 根据生物学特征肿瘤中的不同细胞组，为我们治疗癌症方式的范式转变打开了大门。 “目前，患者对癌症治疗的选择主要取决于癌症的来源器官，例如乳腺癌、肺癌或前列腺癌以及它可能表现出的任何分子标志物。 但这假设该癌症中的所有细胞都是相同的。相反，现在我们有了一种工具来表征患者肿瘤的异质性，并真正了解每组细胞在生物学水平上的作用。 通过 AAnet，我们现在希望改进联合疗法的合理设计，我们知道这些疗法将通过生物途径针对每个不同群体。 这有可能极大地改善该患者的预后，“Chaffer 副教授说。 关于 AAnet 的应用，该研究的共同高级作者Garvan 首席科学官 Sarah Kummerfeld 教授表示：“我们设想的未来是医生将这种 AI 分析与传统癌症诊断相结合，以开发针对个人独特肿瘤内所有细胞类型的更加个性化的治疗方法。 这些结果代表了尖端技术和生物学的真正融合，可以改善患者护理。 我们的研究集中在乳腺癌上，但它也可以应用于其他癌症和疾病，如自身免疫性疾病。技术已经存在。 这项研究得到了以下来源的支持。 澳大利亚 ：NELUNE 基金会、Tour de Cure、雅诗兰黛、Kinghorn 基金会、Paramor 家庭基金会、新南威尔士大学科学研究奖学金、Ramaciotti 生物医学研究奖、ARC 开发项目赠款以及 NHMRC 创意赠款和研究者赠款。 在美国：Gruber 基金会科学奖学金和 Eric 和 Wendy Schmidt 中心麻省理工学院和哈佛大学博德研究所、美国国家科学基金会、耶鲁癌症中心试点资助和斯隆奖学金。 Christine Chaffer 是悉尼新南威尔士大学医学与健康学院圣文森特临床学院的联合副教授，癌症可塑性和休眠项目主任，以及 Garvan 医学研究所的实验室负责人。 Smita Krishnaswamy 是耶鲁大学医学院遗传学和计算机科学副教授。 莎拉·库默菲尔德 （Sarah Kummerfeld） 是悉尼新南威尔士大学医学与健康学院圣文森特临床学院的联合教授和 Garvan 医学研究所的首席科学官。