文/LFWC

圖1：新的微創(chuàng)篩查方法，只需要一滴血就能檢測出人體健康狀況。（圖片來源：LMU/MPQ）

由德國路德維希-馬克西米利安大學(xué)寬帶紅外診斷團隊（Broadband Infrared Diagnostics）和馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，最近開發(fā)出一種新型健康篩查系統(tǒng)，該系統(tǒng)將醫(yī)學(xué)診斷中常見的紅外光譜技術(shù)與機器學(xué)習(xí)相結(jié)合，只通過一滴血進行單一測量，就能揭示多種復(fù)雜生物流體的分子特征信息，并最終揭示人體的健康狀況。

寬帶紅外診斷團隊的研究小組負責(zé)人Mihaela Žigman博士說：“雖然通過分析人體血液分子信息用于臨床診斷的概念已經(jīng)非常成熟，但是我們的方法利用紅外分子光譜，能夠進行穩(wěn)健和可重復(fù)的人體血漿指紋識別。”

回顧過去

這種創(chuàng)新的微創(chuàng)方法源于該團隊之前的工作，那時的工作涉及傅里葉變換紅外光譜學(xué)（FTIR），這種方法長期以來一直被用于疾病檢測的實驗研究。該團隊在早期研究中發(fā)現(xiàn)：紅外分子指紋不僅對每個人都是獨一無二的，而且隨著時間的推移也保持一致。

Žigman說：“這一發(fā)現(xiàn)表明，我們的方法有望用于監(jiān)測人類健康的臨床診斷中。”

他們首先將FTIR光譜法應(yīng)用于癌癥診斷，將患有四種常見癌癥之一的個體與表現(xiàn)出相似特征但沒有惡性腫瘤的對照組進行比較。研究人員證明，他們涉及血清或血漿的方法可以檢測到嚴重的異常，包括癌癥信息。

向前邁進

最近，該團隊擴大了他們的研究重點，開始探索是否可以使用相同的光譜方法來識別自然人群中具有各種常見疾病的人。

與德國慕尼黑亥姆霍茲中心（Helmholtz Center Munich）的研究人員合作，為該團隊提供了一個獨特的機會來測試IR指紋是否不僅可以檢測癌癥，還可以檢測一系列常見的疾病。

“我們的方法中最關(guān)鍵的一個方面是集成了機器學(xué)習(xí)功能，”Žigman介紹說，“我們將被研究的個體人員的醫(yī)療數(shù)據(jù)與他們新測量的血漿光譜紅外指紋信息相結(jié)合，并使用這個組合數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練能夠識別單一和組合條件的算法。”

憑借數(shù)千個可用的數(shù)據(jù)組合，該團隊有效地訓(xùn)練了算法，并可以在看不見的數(shù)據(jù)集上驗證其準確性。

Žigman解釋說，新方法的主要優(yōu)勢在于它能夠通過單一、非侵入性、成本效益高的測量，來表征個人的健康狀況。傳統(tǒng)的基于血液的診斷測試通常需要多輪才能得出一個診斷結(jié)論，每個診斷只瞄準特定的疾病或標志物。

“我們的方法能夠同時檢測多種分子特征信息和疾病情況，既高效又全面。”Žigman說道。

圖2：該方法將紅外光譜與機器學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過一次測量就能揭示多種復(fù)雜生物流體的分子特征信息，并最終揭示人體的健康狀況。

目標

該團隊的目標是最終使用這種簡單的基于血液的光譜測量方法，來改善人類的健康狀況。

Žigman表示：“我們希望能夠及早地發(fā)現(xiàn)疾病，讓我們有機會管理甚至預(yù)防其發(fā)展。希望我們的方法能夠?qū)εR床診斷產(chǎn)生重大影響，這不僅包括加強疾病的早期檢測，還包括更深入地了解健康的意義。”

這種方法還可能用于檢測是否存在某種疾病，為監(jiān)測人體的整體健康狀況提供了一種新穎的方法，這可能會改變預(yù)防性醫(yī)療保健。

通過有效地表征和理解分子特征，該團隊有望開發(fā)出識別特定健康和疾病表型的算法。