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L'accélération du diagnostic et de la demande de règlement du cancer avec la spectrométrie de masse a basé des techniques

Thought LeadersLivia EberlinAssistant ProfessorUniversity of Texas

Une entrevue avec Livia Eberlin, professeur adjoint à l'Université du Texas chez Austin, discutant le développement de la spectrométrie de masse a basé des techniques pour le diagnostic de cancer et a amélioré des résultats cliniques.

Pourquoi y a-t-il un besoin de solutions de rechange à l'analyse cytologique dans le domaine de l'oncologie ?

Dans le contexte des chirurgies du cancer, la méthode qui a été dans la clinique pour analyser les tissus qui sont retirés du patient pour s'assurer que tout le cancer a été enlevé est appelée une histopathologie.

Cela est fait par l'analyse des parties gelées. Ce sont des pièces de tissu qui sont envoyées à un laboratoire et elles sont gelées, sectionnées, et puis souillées. Le pathologiste regarde alors la partie souillée de tissu sous un microscope pour déterminer si tout le cancer a été enlevé ou pas pendant cette opération.

Le problème est que cette procédure peut prendre un bon moment. Parfois les cabinets de consultation sont étendus par 35 à 40 mn parce que vous devez attendre l'analyse gelée de partie à faire. Elle peut également être tout à fait subjective parce que ce procédé de geler le tissu rapidement pendant la chirurgie pour pouvoir obtenir une partie pour que le pathologiste regarde utilisante un microscope peut entraîner quelques modifications à l'histologie de tissu et à la cytologie. Il peut être difficile que un pathologiste évalue avec précision s'il y a cancer ou pas dans cette région de la partie de tissu.

Il y a un besoin incroyable de technologies neuves qui pourraient être appliquées dans la clinique, préférable dans la salle d'opération, d'aider les chirurgiens en leur fournissant l'information sur la présence ou l'absence du cancer à certaines positions du fuselage.

Ceci guiderait la résection chirurgicale de sorte qu'ils sachent, aux positions spécifiques quand ils enlèvent le cancer, si tout le cancer a été enlevé ou pas, et si c'est une région de tissu sain qui peut demeurer ou de tissu malade qui toujours les besoins d'être retiré.

Crédit d'image : Shutterstock/Komsan Loonprom

Comment les techniques basées par spectrométrie de masse peuvent-elles être employées pour améliorer le diagnostic et la surveillance des patients présentant le cancer ?

La spectrométrie de masse est l'une des technologies analytiques qui peuvent fournir le de plus haut niveau de la sensibilité et de la spécificité pour l'analyse chimique. Avec la spectrométrie de masse, nous pouvons réellement creuser profondément dans la composition moléculaire des échantillons complexes et dire, « ce sont les métabolites spécifiques qui sont présentes dans cet échantillon. Ce sont les lipides qui sont présents, et les protéines aussi bien ».

Avec cela aimable d'information moléculaire détaillée, nous pouvons alors évaluer si un échantillon, nous laissait dire un échantillon clinique tel qu'une pièce de tissu, est malade ou si c'est tissu sain en quelque sorte des secondes. C'est parce que les profils de ces molécules sont très caractéristiques des cellules qui sont en bonne santé ou des cellules qui sont c.-à-d. des cellules en difficulté qui ont le cancer.

Si nous pouvons adapter la technologie de spectrométrie de masse, qui est toujours en grande partie une technologie de recherche et développement qui exige l'instrumentation relativement complexe, pour la traduire à la clinique et mettre ces technologies dans les mains des cliniciens, disons les chirurgiens ou les pathologistes qui sont les professionnels cliniques prenant ces décisions, nous peut les autoriser avec l'information moléculaire qui peut être hautement précise en vue de le diagnostic d'un spécimen clinique. De cette façon, nous pouvons fournir les informations neuves qui sont actuel indisponibles pour aider des cliniciens à prendre de meilleures décisions de demande de règlement pour leurs patients.

Comment ces techniques comparent-elles au gène et à l'ordonnancement d'ARN ?

Des techniques de spectrométrie de masse sont normalement employées pour analyser des molécules telles que des métabolites, des lipides, et des protéines. En particulier, pour la technologie que j'avais développée, nous nous sommes principalement concentrés sur les petites molécules, qui seraient des métabolites, des acides gras, et des lipides. Quand vous comparez à l'ADN et ARN-seq, vous regardez les types complet différents de molécules. En outre, ce que je pense porte en appel au sujet de l'information métabolique est qu'elle fournit une illustration en temps réel des procédés qui continuent dans le tissu.

Avec l'ADN et l'ARN, vous regardez les mutations ou les configurations générales d'expression des gènes et des procédés de transcription qui continuent en cellules. Avec des métabolites, vous regardez les produits finis de ces réactions, les choses qui se produisent en temps réel dans la cellule liée au métabolisme, et ainsi de suite. Les deux approches ont la valeur incroyable.

Elle est remarquable comment l'ADN et l'ARN ordonnançant des technologies de plus en plus sont comportés dans la clinique. Elle peut fournir des informations sur la probabilité que quelqu'un développera, nous a laissés dire, un certain type de cancer du sein, et qui a la valeur incroyable dans les patients de management.

Avec la spectrométrie de masse, ce que nous essayons de faire est d'aider à améliorer des décisions cliniques dans presque en temps réel. Particulièrement le type de spectrométrie de masse que mon laboratoire fait, l'analyse que nous pouvons fournir est complétée en quelques secondes. Si vous comparez ceci à l'ADN et l'ARN ordonnançant, cela prend normalement un plus long temps. Avec Spéc. de la masse, nous pourrions fournir à cette information le débit élevé si tout va bien pour accélérer et améliorer la décision de demande de règlement pour le patient.

S'il vous plaît pouvez-vous nous dire au sujet de votre recherche récente dans la néoplasie thyroïde ?

Notre recherche avec le cancer de la thyroïde est concentrée sur les patients de aide qui entrent dans la clinique avec un nodule thyroïdien pour savoir si la nodule est une nodule cancéreuse qui doit être retirée, ou si c'est une nodule bénigne qui n'exige pas forcément la chirurgie.

L'incidence de cancer de la thyroïde augmente rapidement aux Etats-Unis et autour du monde, et ~50% de gens par l'âge de 60 trouvera une nodule dans leur thyroïde. Les bonnes nouvelles sont que la majorité de nodules thyroïdiens sont bénigne, ainsi ce ne sont pas des lésions cancéreuses qui doivent être retirées.

Maintenant le problème est que les méthodes actuelles de cytologie qui sont employées pour évaluer des cellules d'une biopsie thyroïde sous un microscope sont souvent peu concluantes. Il peut être difficile que un clinicien dise si une nodule est bénigne ou maligne. La tellement beaucoup de l'heure, patients entrent dans la chirurgie sans savoir même s'ils ont le cancer. Vous pouvez déterminer si c'est cancer pendant la chirurgie, mais dans la majorité des temps pour le type folliculaire de tumeurs le patient n'a pas le cancer, ainsi la chirurgie était vraisemblablement inutile.  .

Ce que nous essayons de faire est d'employer la spectrométrie de masse avant que la chirurgie pour analyser ces cellules d'une biopsie d'une façon minimum invasive de la nodule pour déterminer exactement si la personne a le cancer, et ainsi chirurgie, ou si la nodule est bénigne et aident ainsi à éviter les cabinets de consultation inutiles, qui sont terribles pour le patient, mais soyez également coûteux et un fardeau au système de santé.

Crédit d'image : Vitanovski jovan de Shutterstock/

Quelles étaient les conclusions de cette étude, et étaient-elles les découvertes significatives ?

Nous avons commencé cette étude dans le cancer de la thyroïde utilisant les tissus encaissés. Ce sont des tissus qui ont été déjà rassemblés des patients et elles sont procurables comme moyens pour des chercheurs. Nous avons analysé 178 tissus et acquérons au-dessus de l'cents mille spectres de masse. C'était un ensemble de données réellement grand. Nous avions l'habitude cette information pour établir les classificateurs statistiques qui pourraient déterminer si une nodule était cancer ou si c'était juste une tumeur bénigne. Nous avons vérifié cela et nous avons bien fait pour un type spécifique de cancer de la thyroïde, carcinome thyroïdien papillaire. Nous avons eu plus d'exactitude de 90%. Pour les types folliculaires, nous avons eu l'exactitude de 83%, qui est réellement bonne considérant que ce type de nodule thyroïdien ne peut pas être déterminé avec la cytologie seule.

Alors nous avons commencé une étude d'essai estimative dans la clinique, où les patients entraient pour une biopsie courante et nous avons obtenu une biopsie complémentaire pour notre étude. Nous avons fait cela avec au-dessus de cents patients jusqu'ici, et nous avons maintenu notre exactitude dans le diagnostic juste environ à 90%.

Ces résultats excitent réellement parce que, dans beaucoup de ces cas, nous avons eu l'information qui pourrait avoir empêché des patients d'entrer dans une chirurgie potentiellement inutile. Mais nous devons faire une étude beaucoup plus grande de validation que nous planification pour faire comme projet multicentre pour valider ces découvertes et pour prouver sa valeur pour des soins aux patients.

Vous avez également développé un crayon lecteur de MassSpec de `' pour améliorer l'exactitude des diagnostics. Quel est ce dispositif, et comment il fonctionne ?

La visibilité en développant le crayon lecteur de Spéc. de la masse était de fournir un dispositif tenu dans la main et facile à utiliser basé sur l'analyse de spectrométrie de masse qui pourrait être par habitude employée par des chirurgiens et des pathologistes. Nous avons voulu qu'elle est quelque chose qu'ils pourraient traiter, les autoriser pour faire l'analyse et tirer profit du de grande précision et la sensibilité de l'analyse de spectrométrie de masse en les aidant prennent des décisions cliniques.

Je regarde le dispositif de crayon lecteur de MasSpec, il examine assez simple, et c'était l'intention. Cela est un outil tenu dans la main, et bien que nous appelés il un crayon lecteur, naturellement, il ne fonctionne pas comme crayon lecteur, mais il fonctionne à côté de fournir une gouttelette unique de solvant aux molécules d'extrait d'un tissu. Le plus souvent, nous employons l'eau pour le bout de crayon lecteur, et nous avons automatisé le procédé de sorte qu'une fois que vous touchez le tissu et déclenchez le dispositif avec une paddle de pied, tout se produise sans plus d'entrée d'usager.

L'eau est un solvant incroyable. Une fois que cette gouttelette d'eau agit l'un sur l'autre avec le tissu, elle extrait des métabolites, des lipides, et même de petites protéines du tissu. Alors nous avons un système de tuyauterie qui transfère cette gouttelette complètement au spectromètre de masse.

Utilisant cette installation, nous obtenons l'analyse moléculaire de ces molécules dans presque en temps réel basé sur la configuration de ces molécules, nous pouvons alors dire le chirurgien ou le clinicien à l'aide du dispositif, cette place où vous avez analysé cette région de tissu est cancer ou tissu normal. Nous faisons cela dans un calendrier d'environ 10-15 secondes. Le temps peut être plus court ou plus long en grande partie selon à quelle distance votre spectromètre de masse est du site de tissu et du système de tuyauterie que nous employons. Nous avons regardé au-dessus de mille tissus dans le laboratoire et nos exactitudes pour le diagnostic de cancer sont joli exciter, environ 96%. Nous avons été dans la clinique vérifiant ce dispositif dans la salle d'opération in vivo et sur les tissus maintenant frais excisés avec plus de 100 cabinets de consultation, et les résultats peropératoires sont réellement prometteurs aussi bien

Nous sommes en cours de publier cette étude pilote, qui prouve réellement que la technologie de spectrométrie de masse a la valeur incroyable en guidant des décisions cliniques. Avec le crayon lecteur de Spéc. de la masse, je pense que la simplicité et la simplicité d'utilisation de la manière que nous avons conçue la technologie porte en appel réellement. Elle peut être bien comportée à un flux de travail clinique avec des besoins de formation minimaux

Crédit d'image : Crayon lecteur de masse de Spéc. de l'organisme de recherche de Livia S. Eberlin

Pourquoi avez-vous choisi de se concentrer sur le cancer ovarien ?

Nous avions travaillé au cancer ovarien dans mon laboratoire pendant quelques années depuis que j'ai commencé mon laboratoire, et l'orientation sur le cancer ovarien a été pilotée par notre désir d'aider les patients et les femmes qui souffrent de cette maladie.

Nous avons également eu un projet actuel regarder les aspects variés du diagnostic clinique des résultats de cancer ovarien et de demande de règlement. Quand nous avons développé le crayon lecteur de Spéc. de la masse, nous avons su qu'en chirurgie du cancer ovarienne il peut être réellement difficile de recenser des régions de la métastase, qui est où le cancer ovarien écarte, qu'est très courant pour le cancer ovarien de haute catégorie.

Vous trouvez normalement le cancer ovarien dans toute la cavité abdominale d'un patient. Pour un chirurgien, il peut être réellement important d'avoir un outil qui les aidera pour recenser ces régions potentielles de métastase afin d'enlever tout les cancer.

Nous savons des caractéristiques cliniques qu'il y a eu des vastes études qui montrent que cela enlever tout les cancer du patient donnera leur à une possibilité de rémission plus élevée. C'était un scénario où nous avons eu accès à ces patients et tissus et il y avait un besoin clinique important. Nous sommes extrêmement passionnés au sujet d'aider les malades du cancer ovariens.

Crédit d'image : Shutterstock/David A. Litman

La technique comporte l'utilisation de l'apprentissage automatique. Pensez-vous l'AI et l'apprentissage automatique font-ils une fonction indispensable du contrat à terme pour la diagnose clinique ?

Je crois que l'AI et l'apprentissage automatique feront partie des parts essentielles de la décision clinique, et cela se produira plus tôt que nous prévoyons. Elles sont des technologies essentielles, particulièrement car nous déménageons continuellement vers de grandes caractéristiques et caractéristiques moléculaires comportantes avec l'information clinique et de représentation.

Une fois que vous commencez à obtenir à ces ensembles de données et à essai complexes pour prendre des décisions basées sur cette information complexe, il y a une limite à ce que l'esprit humain peut faire rapidement et automatiquement. L'AI et l'apprentissage automatique comportants seront critiques pour réaliser ce niveau de débit et de certitude.

Mais je dois dire qu'il y a beaucoup d'exagération dans ce domaine aussi bien. Il est réellement important pour des chercheurs comme me, et j'essaye continuellement d'apprendre plus au sujet de l'AI et de l'apprentissage automatique, pour sélecter les outils de droite pour s'assurer que nos modèles ne sont pas sur-montage.

La validation de vos modèles, vérifiant vos modèles, et l'utilisation des ensembles de données indépendants et des échantillons cliniques sera essentielle de montrer la valeur et la robustesse de ce type de technologie pour aider des soins cliniques.

Est-ce que vous pensez-vous que ces techniques un jour rattraperont l'histopathologie, ou fonctionnez à côté de elle ?

Je pense que les technologies neuves comme la spectrométrie de masse et d'autres modalités seront complémentaires à ce que les pathologistes font déjà. L'aspect humain du bilan du tissu pour le diagnostic est essentiel aux soins aux patients.

La pensée, ou au moins mon objectif, est d'autoriser des cliniciens avec des technologies plus neuves qui peuvent les aider pour prendre des décisions. Pour ne pas la remonter, mais pour les aider pour rendre des décisions plus au courant et meilleures, particulièrement basées sur l'information moléculaire qui est fiable et peut être hautement prévisionnelle de la condition de la maladie.

Pourquoi l'avez-vous ressentie étiez-vous important pour partager votre travail chez Pittcon 2020 ?

J'ai été à Pittcon plusieurs fois. C'est une conférence que j'apprécie beaucoup parce qu'il combine plusieurs domaines de chimie et de chimie analytique. Il y a ces arête et aspect frais à lui, qui est toutes les technologies neuves qui est lancé pendant la conférence chaque année.

Je pense cela voyant les entretiens scientifiques et obtenant ces informations neuves sur quels gens travaillent en circuit et se développent, réellement m'excite et motive pour poursuivre également des domaines de recherche neufs. L'exposition est également réellement fraîche.

Pouvoir voir les constructeurs et les produits nouveaux qui sont lancés pour aider des chercheurs dans le milieu universitaire et l'industrie est quelque chose qui est spécial et seul à Pittcon. C'est avenue grande pour la mise en réseau aussi bien.

Les événements comme Pittcon sont réellement importants pour que je parle à d'autres scientifiques et chercheurs, et pour partage des idées et pour voir s'ils ont n'importe quelle entrée. Comment pouvons-nous améliorer développons-nous ce que nous faisons ? Comment pouvons-nous penser à des voies neuves d'atteindre nos objectifs et d'aider des patients ?

Cette interaction avec d'autres gens qui sont principaux dans le domaine est très importante pour des chercheurs et pour des stagiaires aussi bien. De nouveau, voir la technologie et les produits qui sont lancés par l'industrie aux compagnies est également quelque chose qui porte en appel et peut aider notre recherche et instrumentation.

Les événements comme Pittcon sont réellement importants pour moi pour le réseau, pour parler à d'autres scientifiques et à d'autres chercheurs, et pour partager des idées et pour voir s'ils ont n'importe quelle entrée. Comment pouvons-nous améliorer développons-nous ce que nous faisons ? Comment pouvons-nous penser à des voies neuves d'atteindre nos objectifs et d'aider des patients ?

Cette interaction avec les gens qui sont principaux dans le domaine est très importante pour des chercheurs et pour des étudiants aussi bien. De nouveau, voir la technologie et les produits qui sont lancés par l'industrie aux compagnies est également quelque chose qui porte en appel et peut aider notre recherche et instrumentation.

Où peuvent nos lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de Livia Eberlin

Livia Schiavinato Eberlin était née et augmentée à Campinas, São Paulo, Brésil. Sa passion pour la spectrométrie de masse (MS) commencée en tant qu'aide à la recherche d'étudiant préparant une licence au laboratoire de Thomson de l'université de l'Etat de Campinas (UNICAMP).

Il a reçu son B.S. en chimie d'UNICAMP en 2007 et puis a déménagé aux Etats-Unis en 2008 pour commencer un programme de PhD en chimie analytique à l'Université de Purdue sous le mentorship de prof. R. Graham Cooks.

Pendant son PhD, Livia a développé et s'est appliquée la représentation ambiante de milliseconde d'ionisation au diagnostic humain de cancer. Dans le respect de son travail novateur de PhD, Livia a reçu beaucoup de récompenses comprenant la récompense de signature de Prix Nobel de la société chimique américaine.

En 2012, il a commencé son travail post-doctoral à l'Université de Stanford sous la direction de prof. Richard N. Zare, où il prolongé développer la technologie de milliseconde pour la recherche biomédicale. Pendant ce temps, il a reçu L'Oréal pour des femmes dans la camaraderie de la Science, une voie K99 à la récompense de l'indépendance du NIH/NCI et a été indiqué dans Forbes 30 au-dessous de la liste 30 en la Science et santé.

En 2016, Livia a commencé sa carrière indépendante en tant que professeur adjoint dans le service de chimie à l'Université du Texas chez Austin. Depuis lors, Livia et son groupe ont reçu plusieurs reconnaissances pour leur recherche.

Citations

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