SERS-baserad serummolekylär spektral screening för benigna och maligna pulmonella proliferativa knölar (SERS on lung)

År 2020 fanns det cirka 19,3 miljoner nya cancerfall och nästan 10 miljoner dödsfall i cancer världen över. Bland dem var antalet nya fall av lungcancer cirka 2,21 miljoner, vilket motsvarar 11,4 % av det totala antalet nya cancerfall. Det var cirka 1,8 miljoner dödsfall i lungcancer, rankad först bland cancerdödsfall. Under det året var antalet nya fall av lungcancer i Kina 816 000, vilket motsvarar 37 % av den globala totalen. År 2022 ökade det senaste antalet fall av lungcancer i Kina till 1,0606 miljoner, och antalet dödsfall i lungcancer var 733 000. När det gäller 5-årsöverlevnaden för lungcancerpatienter var uppgifterna som släpptes 2018 i Kina (2012-2015) 19,7 %, vilket fortfarande är en stor skillnad från den totala 5-årsöverlevnaden för cancer på 46,6 % till 2030 föreslås i "Healthy China Action-Cancer Prevention and Control Action Implementation Plan (2023-2030)". Prognosen för lungcancer i olika stadier är ganska olika. Femårsöverlevnaden för lungcancer i stadium I är 77%~92%, och 5-årsöverlevnaden för lungcancer i stadium IIIA~IVB är 0~36%. Därför är tidig diagnos och behandling av lungcancer nyckeln till att förbättra 5-årsöverlevnaden för lungcancer och förbättra prognosen för patienter. De flesta lungcancerpatienter är dock redan i det sena stadiet av lungcancer när de får diagnosen, och de har missat möjligheten till radikal behandling. Det främsta skälet är att det primära och sekundära förebyggande arbetet inte görs tillräckligt. Det är nödvändigt att utveckla avancerad teknik och integrera dem i konsensusriktlinjerna för bred marknadsföring.

Lungknölar är tidiga manifestationer av lungcancer. Med populariseringen av CT-screening av bröstet i fysiska undersökningsartiklar, hittas fler och fler lungknölar vid fysiska undersökningar, inklusive olika typer av små knölar, såsom inflammatoriska lesioner, godartade tumörskador och maligna tumörlesioner. För att identifiera dessa typer av knölar bedömer läkare ofta de tvådimensionella avbildningsegenskaperna hos knölar baserat på deras personliga erfarenhet, såsom plandiameter, om det finns grader, lober, förkalkning och andra särdrag för att bedöma sannolikheten för malignitet i lungorna knölar, men noggrannheten i att bedöma de godartade och maligna knölarna på detta sätt är nära relaterad till läkares erfarenhet och tjänstgöringstid, och olika läkare har olika bedömningar av samma knölar. För närvarande finns det ingen enhetlig konsensus om diagnos och behandlingsstrategier för lungknutor som rekommenderas av flera internationella konsensusriktlinjer. I folkhälsovårdsanläggningar är utvecklingen och implementeringen av ett omfattande screeningprogram för lungknutor lungcancer en komplex och utmanande uppgift. Att forska och föreslå högkänslighet och hög specificitet samt enkla, lättillgängliga och billiga lungcancerscreeningstekniker är en oumbärlig del av hälso- och sjukvårdssystemet. Dessutom, på grund av inkonsekvensen av riktlinjer för diagnos och behandlingsstrategier för lungknölar, är fenomenet överdiagnostik och behandling av lungknölar också vanligt i klinisk praxis. Hur man undviker överdiagnostik och behandling behöver mer uppmärksamhet. Därför är det vårt ansvar att aktivt förbättra noggrannheten i förutsägelsen av lungknölcancer, minska frekvensen av överdiagnostik och behandling och öka frekvensen av tidig lungcancerintervention. Bland de befintliga screeningmetoderna för tidig lungcancer är laboratorietester (särskilt användning av blod, urin eller andra flytande biopsier) en billig, icke-invasiv och lätt repeterbar tidig prediktionsmetod jämfört med avbildning eller histopatologiska undersökningar, genom att detektera specifika cancerbiomarkörer såsom cirkulerande tumör-DNA, proteiner, cancermetaboliter och till och med cellhärledda exosomer och cirkulerande tumörceller. Men det finns fortfarande många utmaningar, inklusive: 1) Det finns inga effektiva och rikliga tumörbiomarkörer för lungcancer; 2) Det finns ingen enkel och genomförbar cancerdetekteringsmetod, särskilt i det asymtomatiska stadiet; 3) Det finns ingen heltäckande analysplattform för stora datamängder för att skilja mellan friska och lungcancerpopulationer.

Ramanspektroskopi (RS) är en icke-invasiv och mycket specifik materialmolekylär detektionsteknologi som kan erhållas på molekylär nivå för att känsligt detektera förändringar i biomolekyler som består av proteiner, nukleinsyror, lipider och sockerarter relaterade till tumörmetabolism i biologiska prover. Ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS) utvecklad baserat på denna teknologi är en av de möjliga metoderna för högkänslig biomolekylär analysteknik. Även om SERS-teknologin har visat goda diagnostiska effekter i ett stort antal prekliniska studier av flera tumörer, begränsas den av den generellt sett lilla provstorleken och avsaknaden av extern verifiering. Därför är det nödvändigt att bedriva klinisk forskning om användningen av Raman-spektroskopi för tumördiagnos, som uppfyller följande krav: 1. Objektiva, snabba och praktiska databearbetningsmetoder för Raman-spektroskopi krävs, och maskin- och djupinlärningsmetoder kan vara de bästa klassificeringsmetoder; 2. Kliniska prover med flera centra, stora urval behövs för att träna diagnostiska modeller för djupinlärning, och deras verkliga effektivitet verifieras av externa data från prospektiva studier.

I vår tidigare studie samlade vi serum Raman-spektroskopidata från en kohort av 191 patienter med lungknölar och byggde ett Raman-intelligent diagnossystem för godartade och maligna lungknölar baserat på en maskininlärningsmodell. Noggrannheten för detta intelligenta diagnossystem nådde 89,7%. För att erhålla den högsta nivån av kliniska bevis och verkligen uppnå klinisk transformation, syftar denna prospektiva, multicenter kliniska studie till att verifiera användningen av detta intelligenta diagnossystem för tidig diagnos av maligna lungknölar.