《自然-癌症》：AI赋能液体活检，M-PACT算法攻克儿童脑肿瘤诊断及监测难题

液体活检（Liquid biopsies）通过检测脑脊液（CSF）中的循环肿瘤DNA（ctDNA），为脑肿瘤诊断提供了非侵入性路径。然而，由于儿童脑肿瘤 ctDNA 含量极低，传统技术手段难以实现稳定的分子分类。近日，圣裘德儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital）联合德国癌症研究中心（DKFZ）等机构，开发出一种名为 M-PACT（中枢神经系统肿瘤甲基化预测算法）的 AI 工具，成功破解了这一难题。该研究成果于今日发表在《自然-癌症》（Nature Cancer）上，为儿童脑肿瘤的分子诊断、治疗监测及长期随访确立了新的技术标准。

技术革新：专为极低输入量设计的 AI 框架

DNA 甲基化模式被视为肿瘤识别的“生物指纹”。虽然基于组织的甲基化分类器已广泛应用，但由于组织样本 DNA 输入量大，这些模型直接应用于液体活检时往往效果不佳。

• 逆向设计（Reverse Design）： 共同第一作者 Katie Han 表示，团队改变了研发思路，直接针对 ctDNA 的特征构建了 M-PACT 算法，使其不仅适用于液体活检，亦能兼容组织样本。

• 深度学习训练： 研究团队利用深度神经网络（Deep Neural Network），对涵盖约 100 种肿瘤实体的 5000 多个甲基化谱进行了强化训练。

• 计算混样（Computational Mixing）： 共同第一作者 Kyle Smith 博士指出，通过将大规模参考数据集与正常细胞游离 DNA（cfDNA）数据集进行计算混合，M-PACT 实现了对微量 ctDNA 的超灵敏捕捉。

临床表现：从“精准识别”到“全程追踪”

在基准测试中，M-PACT 展现出了卓越的临床性能：

• 高准确率： 成功识别了 92% 的脑肿瘤样本。

• 鉴别“二次原发”： 当肿瘤在多年后再次出现时，该算法能可靠区分其为原发肿瘤的真正复发（True relapse），还是由治疗等因素诱发的第二恶性肿瘤（Second malignancy）。

• 动态监测： 在无需额外信息输入的情况下，M-PACT 可通过追踪 ctDNA 变化，实时评估癌症的侵袭性及对治疗的反应。

通讯作者 Paul Northcott 博士认为，M-PACT 将儿童神经肿瘤学的诊断提升到了“次世代”水平。

独特视角：解析肿瘤微环境的“负空间”

传统液体活检常忽略脑脊液中的非癌性 DNA，而 M-PACT 的灵敏度使其能够分析这些“负空间（Negative space）”。

• 微环境画像： 算法能够预测脑脊液中 T 细胞、B 细胞等免疫细胞的占比。

• 监控进化： 这为研究人员提供了新透镜，去观察肿瘤及其微环境在治疗压力下如何协同演变，尤其是在无法反复进行组织活检的治疗期。

专家观点：跨国协作催生通用平台

Northcott 博士强调，尽管该算法首发于儿童脑肿瘤，但其稳健的框架具有广泛的普适性，未来有望扩展至其他实体瘤及血液恶性肿瘤。“这项研究是‘团队科学’的典范，”Northcott 博士表示，“如果没有圣裘德医院与德国 KiTZ、DKFZ 等国际中心在临床注释样本库及计算创新方面的深度合作，这一突破将无法实现。”

参考文献：AI-powered liquid biopsy can classify pediatric brain tumors with 92% accuracy

编辑：王洪

排版：李丽