Плазма - это жидкая часть крови, лишенная каких-либо клеток. Он переносит различные молекулы, такие как белки, метаболиты, липиды и соли, по всему организму. Некоторые молекулы, переносимые плазмой крови, указывают на потенциальные состояния здоровья. Например, необычно высокие уровни простатспецифического антигена используются для скрининга на рак предстательной железы. Теоретически, медицинский тест, который измеряет широкий спектр молекул, мог бы выявить закономерности, характерные для различных видов рака, что привело бы к более быстрой диагностике и снижению затрат. Чтобы найти характерные химические признаки рака, Михаэла Жигман и ее коллеги протестировали метод, называемый молекулярной дактилоскопией в электрическом поле, который использует импульсный инфракрасный свет для определения профиля сложных молекулярных смесей в плазме крови.

Сначала исследователи использовали метод молекулярной дактилоскопии в электрическом поле для передачи ультракоротких вспышек инфракрасного света через плазму. Они проанализировали образцы, взятые у 2533 участников исследования, включая людей с раком легких, предстательной железы, молочной железы или мочевого пузыря, а также тех, у кого рака не было. Для каждого образца они записывали структуру света, испускаемого молекулярными смесями в плазме, называемую "инфракрасным молекулярным отпечатком пальца".

Используя эти сложные паттерны у людей с раком и без него, исследователи обучили модель машинного обучения идентифицировать молекулярные сигнатуры, связанные с четырьмя типами рака. Компьютерная модель была протестирована на отдельном подмножестве выборок участников, чтобы увидеть, насколько хорошо модель может работать на невидимых тестовых данных. Аналитический метод продемонстрировал убедительный уровень точности (до 81%) в обнаружении специфичных для рака легких инфракрасных сигнатур и отличии их от контрольных образцов, полученных от лиц без рака. Однако производительность компьютерной модели привела к более низким показателям успешности выявления трех других видов рака. В будущем исследователи намерены расширить и протестировать подход для выявления дополнительных типов рака и других состояний здоровья.

"Инфракрасная молекулярная дактилоскопия на основе лазера обнаруживает рак, демонстрируя его потенциал для клинической диагностики", - говорит Жигман. "С дальнейшими технологическими разработками и независимой валидацией в достаточно мощных клинических исследованиях это могло бы найти широкое применение и внедриться в клиническую практику, улучшая способы диагностики и скрининга рака сегодня".

Авторы выражают признательность Центру передовых лазерных применений Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана (CALA) и исследователям, поддерживающим проект.