В недавнем исследовании, опубликованном в препринтах The Lancet SSRN* server группа исследователей из Китая разработала диагностический инструмент на основе машинного обучения для выявления туберкулеза и лекарственно-устойчивого туберкулеза с использованием масс-спектрометрии с лазерной десорбцией/ионизацией с усилением наночастиц (NPELDI MS) для определения метаболических отпечатков пальцев в образцах сыворотки.
Фон
После коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19) туберкулез является наиболее частой причиной смерти от инфекционного агента, а появление лекарственно-устойчивых Микобактерии туберкулеза обострила проблемы общественного здравоохранения. К сожалению, статистика показывает, что около 40% случаев туберкулеза не диагностируются вовремя для раннего лечения.
Современные методы выявления туберкулеза включают иммунологические исследования, выявление этиологического агента в мазках мокроты и методы молекулярной биологии. В то время как тесты мазка мокроты выполняются быстро, их специфичность и чувствительность при выявлении туберкулеза низки, в то время как точные культуры микобактерий требуют более длительного времени обработки и сложны для крупномасштабного тестирования больных туберкулезом в тот же день в больницах общего профиля. Кроме того, молекулярная диагностика туберкулеза и устойчивого к рифампицину туберкулеза по образцам мокроты представляет собой проблему из-за высокой стоимости и различной чувствительности к внелегочному туберкулезу. Таким образом, крайне важен доступный метод тестирования с высокой чувствительностью и специфичностью, который можно использовать для быстрого выявления туберкулеза и лекарственно-устойчивого туберкулеза.
Об исследовании
В настоящем исследовании исследователи разработали платформу NPELDI MS с алгоритмами машинного обучения для одновременного обнаружения туберкулеза и лекарственно-устойчивого туберкулеза на основе метаболических отпечатков пальцев образцов сыворотки. Когда М. туберкулез паразитирует на макрофагах хозяина, влияет на метаболизм хозяина, а метаболиты, образующиеся в результате различных метаболических реакций, указывают на реакцию на экологические, протеомные и геномные изменения. Идентификация и количественная оценка этих метаболических отпечатков могут быть использованы для обнаружения и диагностики различных заболеваний.
Для этого обсервационного исследования исследователи набрали 110 больных туберкулезом легких и 118 здоровых людей в период с 2020 по 2021 год. Туберкулез был диагностирован на основании положительных мазков мокроты, М. туберкулез культуры, М. туберкулез обнаружение нуклеиновых кислот, рентгенографию грудной клетки и легочную гистопатологическую диагностику. Тест на чувствительность к лекарственным препаратам или тест Gene Xpert на устойчивость к рифампицину М. туберкулез была использована для классификации больных туберкулезом.
Образцы сыворотки были собраны для анализа NPELDI MS для определения метаболических отпечатков пальцев, которые были обработаны с использованием алгоритмов машинного обучения для выявления биомаркеров лекарственно-чувствительного и лекарственно-устойчивого туберкулеза.
Полученные результаты
Результаты показали, что метод машинного обучения на основе NPELDI MS может отличать больных туберкулезом от здоровых людей с чувствительностью 85% и специфичностью 100%. Этот метод также позволил различать чувствительных к рифампицину и устойчивых к рифампицину больных туберкулезом с чувствительностью 87,5% и специфичностью 85,7%.
Метаболитные биомаркеры, используемые для выявления туберкулеза и лекарственно-устойчивого туберкулеза, включают липиды, такие как моноглицерид, фосфатидилхолин, церамид, триглицерид, эфир холестерина, аминокислоты, фосфаты, октакозановая кислота и другие основные соединения. Анализ биомаркеров показал, что М. туберкулез инфекции нарушают регуляцию путей метаболизма липидов, таких как метаболизм сфинголипидов и глицерофосфолипидов. Фосфаты, такие как никотинамидадениндинуклеотидфосфат и трансгептапренилдифосфат, экспрессировались аномально, а концентрация глутатиона была ниже у больных туберкулезом.
Биомаркеры, используемые для дифференциации пациентов с рифампицин-чувствительным и рифампицин-резистентным туберкулезом, включали мочевую кислоту, таурин, аскорбиновую кислоту и гомоцистеин, которые были повышены у пациентов с рифампицин-резистентным туберкулезом. Исследователи считают, что аминокислоты серы, такие как гомоцистеин и таурин, могут указывать на лекарственно-устойчивый туберкулез, поскольку они связаны с антиоксидантной и мембраностабилизирующей активностью. Считается, что эти аминокислоты защищают печень от токсического действия противотуберкулезных препаратов, таких как рифампицин и изониазид. Гомоцистеинемия, повышение уровня гомоцистеина в сыворотке или плазме, часто наблюдается во время противотуберкулезной терапии.
Исследование имело несколько ограничений, таких как меньший размер выборки пациентов с устойчивым к рифампицину туберкулезом, так как только 58 образцов сыворотки были включены в анализ для определения биомаркеров для дифференциации пациентов с лекарственно-устойчивым туберкулезом от лекарственно-чувствительных, из которых 28 были от пациентов, чувствительных к рифампицину. Это могло повлиять на точность диагноза.
Выводы
Подводя итог, можно сказать, что результаты позволили выявить панели биомаркеров и метаболические отпечатки сыворотки для диагностики туберкулеза по образцам сыворотки с высокой специфичностью и чувствительностью, а также для дифференциации пациентов с устойчивым к рифампицину туберкулезом от пациентов, чувствительных к рифампицину. Алгоритмы машинного обучения и метод NPELDI MS с использованием оптимизированных частиц железа могут помочь в раннем и точном выявлении туберкулеза и улучшить прогноз и уход за больными туберкулезом.
Ссылка на журнал:
- Предварительный научный отчет.
Лю, Яцзин, Жуйминь Ван, Чао Чжан, Линь Хуан, Ченгюэ Чжан, Ицин Цзэн, Хунцзянь Чен, Кун Цянь и Пинтонг Хуан. 2023. «Машинное обучение анализу метаболических отпечатков пальцев сыворотки для диагностики туберкулеза и лекарственно-устойчивого туберкулеза: обсервационное исследование». Документы.ssrn.com. Рочестер, Нью-Йорк. 24 февраля 2023 г.
Цитаты
Пожалуйста, используйте один из следующих форматов, чтобы цитировать эту статью в своем эссе, статье или отчете:
-
ЧТО
Сидхартхан, Чинта. (2023, 28 февраля). Экспресс-диагностика лекарственно-устойчивого и лекарственно-чувствительного туберкулеза с использованием масс-спектрометрии и машинного обучения. Новости-Мед. Получено 28 февраля 2023 г. с сайта
-
МДА
Сидхартхан, Чинта. «Экспресс-диагностика лекарственно-устойчивого и лекарственно-чувствительного туберкулеза с использованием масс-спектрометрии и машинного обучения». Новости-Медицина. 28 февраля 2023 г.
-
Чикаго
Сидхартхан, Чинта. «Экспресс-диагностика лекарственно-устойчивого и лекарственно-чувствительного туберкулеза с использованием масс-спектрометрии и машинного обучения». Новости-Мед. (по состоянию на 28 февраля 2023 г.).
-
Гарвард
Сиддхартхан, Чинта. 2023. Экспресс-диагностика лекарственно-устойчивого и лекарственно-чувствительного туберкулеза с использованием масс-спектрометрии и машинного обучения. News-Medical, просмотрено 28 февраля 2023 г.,
