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https://www.med.cuhk.edu.hk/press-releases/landmark-cuhk-study-establishes-first-consensus-molecular-subtypes-for-escc-ai-powered-tool-imecms-developed-to-advance-and-popularise-precision-medicine
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中大医学院联同内地团队创立全球首个统一食道癌分型系统 开发人工智能工具「imECMS」助普及食道癌精准治疗

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中大医学院外科学系副教授王鑫博士(前排左)及中大医学院外科学系助理教授崔鹤洋博士(前排右)研究团队联同山西医科大学、深圳湾实验室、北京大学深圳医院以及北京大学肿瘤医院展开研究,成功为食道癌创立统一癌症分型系统。团队并将科研成果转化落地,开发出一套AI驱动的诊断工具「imECMS」,突破昂贵且繁复的基因生物标志检测限制,大大促进临床应用普及,并为食道癌精准治疗奠下基础。

食道鳞状细胞癌(ESCC)占九成食道癌个案,尤以亚洲地区高发,然而医学界过去却一直缺乏划一的癌症分型标准,影响制定精准个人化治疗方案。香港中文大学(中大)医学院联同山西医科大学、深圳湾实验室、北京大学深圳医院及北京大学肿瘤医院展开研究,创立全球首个统一食道癌分型系统,将现有八种ESCC亚型整合为四大亚型。团队积极将研究成果转化落地,开发人工智能(AI)驱动的诊断工具「imECMS」,突破昂贵且繁复的基因生物标志检测限制,大大促进临床应用,为药物研发和改善患者预后带来新契机。是次研究成果已刊登於《自然》(Nature)旗下的国际知名权威期刊《信号转导与靶向治疗》(Signal Transduction and Targeted Therapy)。

 

由於ESCC本身具有复杂的生物特徵多样性,因此现时并没有划一分型标准,难以制定精准个人化治疗方案,对病人治疗后的预后情况造成影响。为协助患者选择更合适的治疗,医学界急需寻求一个具公信力且有共识的分类系统。有见及此,中大医学院外科学系副教授王鑫博士团队联同山西医科大学、深圳湾实验室、北京大学深圳医院以及北京大学肿瘤医院,就ESCC分型展开研究。

 

整合零散食道癌分型以创立具公信力的食道癌分型系统

 

团队利用「相似性网络融合」方法,分析152名ESCC患者多组学数据的特徵相似程度,包括全基因排序、RNA测序及DNA甲基化测试等;并对照现时不同文献就ESCC的八种主流分型系统,从而鉴定出四种共识分子亚型(ECMS 1-4)。每种分型各具独特生物学特徵及治疗意义,成为全球首个统一并具有高度共识的ESCC分型系统。

 

共同通讯作者、中大医学院外科学系副教授王鑫博士表示:「长期以来,不同研究团队根据不同数据类型和方法各自建立分型系统,导致知识碎片化,无法真正指导临床决策。我们需要实现『由多归一』,把分散的声音整合成一套能实际应用於患者治疗的统一共识。」

 

ESCC分子分型

生物学特徵及治疗意义

ECMS 1(代谢型)

显示代谢途径失调,对部分化疗方案反应不佳,但对抑制剂FGFR或NTRK具潜在敏感反应。

ECMS 2(典型)

以细胞周期失控性活化为特徵。此类患者通常对顺铂及紫杉醇等化疗药物反应良好,亦可能受益於CDK或HER2标靶治疗。

ECMS 3(免疫调节型)

呈现强烈免疫反应及癌细胞出现高PD-1表达。此类患者对标准的化疗与放射疗反应不佳,但对免疫检查点抑制剂(抗PD-1治疗)有显著更好的反应。

ECMS 4(间质型)

与最差预后和复发风险高相关。此类患者可能更适合接受抗血管生成治疗或基质金属蛋白酶抑制剂,而非传统化疗。

 

开发AI驱动「imECMS」辅助制定精准治疗方案

 

然而,透过基因生物标志检测为ESCC患者分型成本昂贵之余,过程耗时且无法於临床恒常进行检测。研究团队积极将研究成果转化落地,开发出一套AI驱动的诊断工具「imECMS」。此系统能够利用临床常规使用的H&E染色病理切片,自动分析切片中细胞或间质等组织的排列方法及空间关系,在数分钟内准确判断患者所属的四个癌症亚型,不但可以缩短现时需数星期进行RNA测序的时间及成本,患者亦无需额外抽取样本检测。

 

尽管是次研究发现「imECMS」於估算不同华人患者群组的癌症分型中有良好表现,惟受限於较少样本数量,且癌症分型判断准确性亦受H&E染色病理切片的影像质素影响。团队认为透过大型及多样化的数据改善及验证,包括结合本地病人数据,将有助令imECMS进一步於临床广泛应用,作为辅助患者癌症分型的工具。

 

demonstration picture

研究团队利用「相似性网络融合」方法分析患者多组学数据的特徵相似程度,并对照不同文献的八种主流食道癌分型系统,鉴定出四种共识分子亚型(ECMS 1-4)。团队以此为基础,随后开发一套AI驱动的诊断工具「imECMS」,只需利用临床常规使用的H&E染色病理切片就可准确识别患者所属癌症亚型,辅助医生针对患者个别情况,制定精准的治疗策略。

中大医学院肿瘤学系教授、李郑婉芳精准肿瘤学教授马碧如教授表示:「现时临床多凭藉经验判断ESCC病人应接受哪种治疗作为术前或纾缓治疗方案。而imECMS只需常规H&E染色病理切片就可为病人进行癌症分型,有助提升辨识更有效治疗方案的机会。」

 

第一作者、中大医学院外科学系助理教授崔鹤洋博士表示:「这项突破将分型技术从昂贵的研究工具转化为实用的临床资产。以往只有资源充裕的研究中心才能进行精准的医疗分析,日后只要设有标准医疗设施的医院都可以获得,这是推进普及精准医疗的重要一步。」

 

共同通讯作者、山西医科大学崔永萍教授表示:「这不仅是一套分类系统,亦是一个能整合并超越过往研究的共识框架。尤其於现时选择有限的情况下,透过鉴定具代表性的亚型特异性弱点,可为开发针对性治疗方案提供蓝图。将分子共识与AI驱动病理学结合,正代表精准肿瘤学的未来。我们尤其期待这项成果能在医疗资源有限、食道癌负担最重的地区实践与推广。」

类别:研究
标签:外科学系

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