SERS-baseret serum molekylær spektral screening for benigne og maligne pulmonale proliferative knuder (SERS on lung)

I 2020 var der cirka 19,3 millioner nye kræfttilfælde og næsten 10 millioner kræftdødsfald på verdensplan. Blandt dem var antallet af nye tilfælde af lungekræft cirka 2,21 millioner, svarende til 11,4 % af det samlede antal nye kræfttilfælde. Der var cirka 1,8 millioner dødsfald som følge af lungekræft, som er førstepladsen blandt kræftdødsfald. I det år var antallet af nye tilfælde af lungekræft i Kina 816.000, hvilket tegner sig for 37% af den globale total. I 2022 steg det seneste antal lungekræfttilfælde i Kina til 1,0606 millioner, og antallet af lungekræftdødsfald var 733.000. Med hensyn til 5-års overlevelsesraten for lungekræftpatienter var de data, der blev frigivet i 2018 i Kina (2012-2015) 19,7 %, hvilket stadig er en stor forskel fra den samlede kræft-5-års overlevelsesrate på 46,6 % i 2030 foreslået i "Healthy China Action-Cancer Prevention and Control Action Implementation Plan (2023-2030)". Prognosen for lungekræft på forskellige stadier er ret forskellig. 5-års overlevelsesraten for stadium I lungekræft er 77%~92%, og 5-års overlevelsesraten for stadium IIIA~IVB lungecancer er 0~36%. Derfor er tidlig diagnose og behandling af lungekræft nøglen til at forbedre 5-års overlevelsesraten for lungekræft og forbedre patienternes prognose. De fleste lungekræftpatienter er dog allerede i det sene stadie af lungekræft, når de får diagnosen, og de har forpasset muligheden for radikal behandling. Hovedårsagen er, at det primære og sekundære forebyggelsesarbejde ikke bliver gjort nok. Det er nødvendigt at udvikle avancerede teknologier og integrere dem i konsensusretningslinjerne for bred markedsføring.

Lungeknuder er tidlige manifestationer af lungekræft. Med populariseringen af ​​bryst-CT-screening i fysiske undersøgelsesartikler, findes flere og flere lungeknuder i fysiske undersøgelser, herunder forskellige typer små knuder, såsom inflammatoriske læsioner, godartede tumorlæsioner og ondartede tumorlæsioner. For at identificere disse typer knuder bedømmer klinikere ofte knudernes todimensionelle billeddannelsesegenskaber baseret på deres personlige erfaringer, såsom plandiameter, om der er grater, lapper, forkalkning og andre træk for at vurdere sandsynligheden for malignitet i lungerne knuder, men nøjagtigheden af ​​at bedømme de godartede og ondartede knuder på denne måde er tæt forbundet med klinikeres erfaring og anciennitet, og forskellige læger har forskellige domme på de samme knuder. På nuværende tidspunkt er der ingen samlet konsensus om diagnose og behandlingsstrategier for lungeknuder anbefalet af flere internationale konsensusretningslinjer. I offentlige sundhedsforvaltningsfaciliteter er udvikling og implementering af et omfattende lungeknude-lungekræftscreeningsprogram en kompleks og udfordrende opgave. At forske i og foreslå højsensitivitet og høj specificitet samt enkle, nemme at populære og billige lungekræftscreeningsteknologier er en uundværlig del af sundhedssystemet. Derudover er fænomenet overdiagnosticering og behandling af lungeknuder også almindeligt i klinisk praksis på grund af inkonsistensen af ​​retningslinjer for diagnosticering og behandlingsstrategier for lungeknuder. Hvordan man undgår overdiagnosticering og behandling kræver mere opmærksomhed. Derfor er det vores ansvar aktivt at forbedre nøjagtigheden af ​​forudsigelsen af ​​lungeknudekræft, reducere frekvensen af ​​overdiagnosticering og behandling og øge frekvensen af ​​tidlig lungekræftintervention. Blandt de eksisterende screeningmetoder for tidlig lungekræft er laboratorieundersøgelser (især brugen af ​​blod, urin eller andre flydende biopsier) en billig, ikke-invasiv og let gentagelig tidlig forudsigelsesmetode sammenlignet med billeddannelse eller histopatologiske undersøgelser ved at påvise specifikke cancerbiomarkører såsom cirkulerende tumor-DNA, proteiner, cancermetabolitter og endda celleafledte exosomer og cirkulerende tumorceller. Der er dog stadig mange udfordringer, herunder: 1) Der er ingen effektive og rigelige tumorbiomarkører for lungekræft; 2) Der er ingen enkel og gennemførlig cancerdetektionsmetode, især i det asymptomatiske stadium; 3) Der er ingen omfattende analyseplatform for store datasæt til at skelne mellem raske og lungekræftpopulationer.

Raman spektroskopi (RS) er en ikke-invasiv og meget specifik materiale molekylær detektionsteknologi, der kan opnås på molekylært niveau til følsomt at detektere ændringer i biomolekyler sammensat af proteiner, nukleinsyrer, lipider og sukker relateret til tumormetabolisme i biologiske prøver. Overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS) udviklet baseret på denne teknologi er en af ​​de gennemførlige metoder til meget følsom biomolekylær analyseteknologi. Selvom SERS-teknologien har vist gode diagnostiske effekter i en lang række prækliniske undersøgelser af flere tumorer, er den begrænset af den generelt lille prøvestørrelse og mangel på ekstern verifikation. Derfor er det nødvendigt at udføre klinisk forskning i brugen af ​​Raman-spektroskopi til tumordiagnostik, som opfylder følgende krav: 1. Objektive, hurtige og praktiske Raman-spektroskopi-databehandlingsmetoder er påkrævet, og maskin- og deep learning-metoder kan være de bedste. klassificeringsmetoder; 2. Kliniske prøver med flere center, store stikprøver er nødvendige for at træne deep learning diagnostiske modeller, og deres sande effektivitet verificeres af eksterne data fra prospektive undersøgelser.

I vores tidligere undersøgelse indsamlede vi serum Raman-spektroskopidata fra en kohorte på 191 patienter med lungeknuder og byggede et Raman intelligent diagnosesystem for godartede og ondartede lungeknuder baseret på en maskinlæringsmodel. Nøjagtigheden af ​​dette intelligente diagnosesystem nåede 89,7%. For at opnå det højeste niveau af klinisk evidens og virkelig opnå klinisk transformation, sigter denne prospektive, multi-center kliniske undersøgelse på at verificere brugen af ​​dette intelligente diagnosesystem til tidlig diagnose af ondartede pulmonale knuder.