Teknologi biopsi cair ultra-sensitif mendeteksi kanker sebelum metode standar

Sebuah metode yang menggunakan kecerdasan buatan untuk mendeteksi DNA tumor dalam darah telah menunjukkan sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam memprediksi kekambuhan kanker, menurut sebuah penelitian yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Weill Cornell Medical School, NewYork-Presbyterian, New York Genome Center (NYGC) dan Peringatan Sloan Kettering (MSK). Teknologi baru ini berpotensi meningkatkan pengobatan kanker dengan mendeteksi kekambuhan sejak dini dan memantau secara cermat respons tumor terhadap terapi.

Dalam penelitian yang diterbitkan pada 14 Juni di jurnal Nature Medicine, para peneliti menunjukkan bahwa mereka mampu melatih model pembelajaran mesin, sejenis platform kecerdasan buatan, untuk mendeteksi DNA tumor yang bersirkulasi (ctDNA) berdasarkan data pengurutan DNA dari pasien tes darah dengan sensitivitas dan akurasi yang sangat tinggi. Mereka berhasil mendemonstrasikan teknologi tersebut pada pasien penderita kanker paru-paru, melanoma, kanker payudara, kanker usus besar, dan polip usus prakanker.

“Kami mampu mencapai peningkatan signifikan dalam rasio signal-to-noise, sehingga memungkinkan kami, misalnya, mendeteksi kekambuhan kanker berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun sebelum metode klinis standar,” kata rekan penulis studi Dr. Dan Landau, profesor kedokteran di Departemen Hematologi dan Onkologi Medis di Weill Cornell Medical School dan anggota inti New York Genome Center.

Rekan penulis dan penulis pertama penelitian ini adalah Dr. Adam Widman, seorang rekan pascadoktoral di laboratorium Landau yang juga merupakan ahli onkologi payudara di MSK. Penulis pertama lainnya adalah Minita Shah dari NYGC, Dr. Amanda Friedendahl dari Aarhus University dan Daniel Halmos dari NYGC dan Weill Cornell Medical School.

Teknologi biopsi cair sudah lama tidak mampu mewujudkan potensi besarnya. Sebagian besar pendekatan yang ada menargetkan sejumlah kecil mutasi terkait kanker yang sering kali terlalu jarang terjadi di dalam darah untuk dapat dideteksi secara andal, sehingga menyebabkan perkiraan kekambuhan kanker terlalu rendah.

Beberapa tahun yang lalu, Dr. Landau dan rekan-rekannya mengembangkan pendekatan alternatif berdasarkan pengurutan seluruh genom DNA dalam sampel darah. Mereka menunjukkan bahwa lebih banyak “sinyal” yang dapat dikumpulkan dengan cara ini, memungkinkan deteksi DNA tumor yang lebih sensitif dan lebih mudah secara logistik. Sejak itu, pendekatan ini semakin banyak diadopsi oleh pengembang biopsi cair.

Dalam studi baru ini, para peneliti mengambil satu langkah lebih jauh, dengan menggunakan strategi pembelajaran mesin canggih (mirip dengan yang digunakan dalam aplikasi AI populer seperti ChatGPT) untuk mendeteksi pola halus dalam pengurutan data, khususnya untuk membedakan pola yang menunjukkan kehadiran kanker, dari pola yang menunjukkan kesalahan pengurutan dan “gangguan” lainnya.

Dalam satu pengujian, para peneliti melatih sistem mereka, yang mereka sebut MRD-EDGE, untuk mengenali mutasi tumor spesifik pasien pada 15 pasien kanker usus besar. Setelah operasi dan kemoterapi, sistem memperkirakan, berdasarkan data darah, sembilan di antara mereka masih menderita kanker. Pada lima pasien tersebut, kekambuhan kemudian terdeteksi beberapa bulan kemudian dengan metode yang kurang sensitif. Namun, tidak ada hasil negatif palsu: tidak ada pasien yang dianggap bebas DNA tumor oleh MRD-EDGE mengalami kekambuhan selama masa penelitian.

MRD-EDGE telah menunjukkan sensitivitas serupa dalam penelitian terhadap pasien dengan kanker paru-paru stadium awal dan kanker payudara triple-negatif, mendeteksi semua kecuali satu kekambuhan secara dini dan memantau status tumor selama pengobatan.

Para peneliti telah menunjukkan bahwa MRD-EDGE bahkan dapat mendeteksi DNA mutan dari adenoma usus prakanker, yaitu polip yang menjadi asal mula berkembangnya kanker usus besar.

"Tidak jelas apakah polip ini dapat melepaskan ctDNA yang dapat dideteksi, jadi ini merupakan kemajuan signifikan yang mungkin menunjukkan strategi masa depan yang bertujuan mendeteksi perubahan prakanker," kata Dr. Landau, yang juga anggota Sandra dan Edward Meyer Cancer Center di Weill Cornell Medical School dan sebagai ahli hematologi-onkologi di NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.

Terakhir, para peneliti menunjukkan bahwa bahkan tanpa pelatihan sebelumnya mengenai data pengurutan tumor pasien, MRD-EDGE dapat mendeteksi respons imunoterapi pada pasien melanoma dan kanker paru-paru beberapa minggu sebelum deteksi menggunakan pencitraan sinar-X standar.

"Secara keseluruhan, MRD-EDGE menjawab kebutuhan yang besar, dan kami sangat antusias dengan potensinya dan bekerja sama dengan mitra industri untuk mencoba menghadirkannya kepada pasien," kata Dr. Landau.