Pesquisadores do Johns Hopkins Kimmel Cancer Center desenvolveram uma biópsia líquida alimentada por inteligência artificial (IA) que analisa padrões de todo o genoma de fragmentos de DNA livre de células (cfDNA) que circulam no sangue. O teste examina como esses fragmentos de DNA são isolados e onde aparecem no genoma. Utilizando esta informação, o sistema pode detectar sinais precoces de fibrose hepática e cirrose, e também identificar indicadores amplos de doenças crónicas.
O estudo, financiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde, foi publicado em 4 de março Medicina Translacional Científica. Isto marca a primeira vez que este tipo de análise de fragmentação de ADN, conhecida como tecnologia de fragmentoma, foi aplicada sistematicamente para detectar doenças crónicas não relacionadas com o cancro. Anteriormente, o método era investigado principalmente como uma forma de encontrar o câncer.
Padrões de fragmentos de DNA em todo o genoma revelam sinais de doenças
Biópsias líquidas que medem o cfDNA já se mostraram promissoras na detecção do câncer. No entanto, os cientistas não exploraram amplamente o seu potencial para diagnosticar outras doenças. Neste novo estudo, os investigadores realizaram o sequenciamento completo do genoma em amostras de cfDNA de 1.576 indivíduos com doença hepática e condições médicas adicionais. Ao examinar fragmentos de DNA em todo o genoma, eles procuraram padrões que pudessem sinalizar doenças.
A equipe analisou o tamanho dos fragmentos de DNA e sua distribuição no genoma, incluindo regiões repetitivas de DNA que raramente foram estudadas. Cada análise inclui aproximadamente 40 milhões de fragmentos abrangendo milhares de regiões genômicas, criando um conjunto de dados maior do que a maioria dos testes de biópsia líquida.
Algoritmos de aprendizado de máquina processam essas informações para identificar padrões de fragmentação associados a doenças. Usando esses padrões, os pesquisadores desenvolveram um sistema de classificação que identificou doenças hepáticas em estágio inicial, fibrose avançada e cirrose com alta sensibilidade.
“Isso se baseia diretamente em nosso trabalho anterior de fragmentoma no câncer, mas agora usa IA e perfis de fragmentação genômica de DNA livre de células para focar em doenças crônicas”, disse Victor Velculescu, MD, PhD, codiretor do Programa de Genética e Epigenética do Câncer no estudo co-câncer do Johns Hopkins e Kimmel Cancer Center. “Para muitas dessas doenças, a detecção precoce pode fazer uma diferença profunda, e a fibrose hepática e a cirrose são exemplos importantes. A fibrose hepática é reversível nas suas fases iniciais, mas se não for detectada, pode progredir para cirrose e, em última análise, aumentar o risco de cancro do fígado.”
Por que a análise de fragmentos de DNA é diferente?
Ao contrário de muitos métodos de biópsia líquida que procuram mutações genéticas específicas relacionadas ao câncer, os métodos de fragmentoma concentram-se em como os fragmentos de DNA são cortados, embalados e distribuídos por todo o genoma. Segundo os investigadores, esta abordagem mais ampla torna a abordagem aplicável a condições além do cancro, incluindo doenças que podem eventualmente aumentar o risco de cancro. A pesquisa foi liderada por Robert Scharf, PhD, professor de oncologia, e Jill Phalen, PhD, professora assistente de oncologia.
“O que torna este estudo tão poderoso é que não estamos procurando mutações individuais”, disse o primeiro autor Akshay Annapragada, M.D./Ph.D. estudante no laboratório Velculescu. “Estamos analisando todo o fragmentoma, que contém uma grande quantidade de informações sobre o estado fisiológico de um indivíduo. A escala desses dados, aliada ao aprendizado de máquina, permite o desenvolvimento de classificadores específicos para diferentes condições de saúde”.
A detecção precoce pode beneficiar milhões de pessoas em risco
Velculescu observa que cerca de 100 milhões de pessoas nos Estados Unidos têm problemas hepáticos que aumentam o risco de cirrose e câncer de fígado. Os atuais testes sanguíneos para fibrose muitas vezes carecem de sensibilidade, especialmente nos estágios iniciais da doença. Os marcadores sanguíneos padrão geralmente não conseguem detectar fibrose e cirrose precoces em cerca de metade das vezes. Técnicas de imagem, como ultrassonografia especializada ou ressonância magnética, podem ajudar, mas essas ferramentas exigem equipamentos que nem sempre estão disponíveis.
“Muitos indivíduos em risco não sabem que têm doença hepática”, diz Velculescu. “Se pudermos intervir mais cedo – antes que a fibrose progrida para cirrose ou cancro – o impacto poderá ser substancial”.
Ele acrescentou que a detecção precoce dessas condições preexistentes poderia ajudar os médicos a tratar doenças subjacentes mais cedo e potencialmente prevenir o desenvolvimento do câncer.
Origens do estudo e índice de comorbidade do fragmentoma
O estudo cresceu em 2023 Descoberta do câncer Estudar Liderado por Velculescu que se concentrou em fragmentos de câncer de fígado. Ao estudar pacientes com tumores hepáticos, os cientistas notaram que alguns indivíduos com fibrose ou cirrose apresentavam perfis de fragmentação principalmente normais, mas tinham sinais sutis de DNA associados à doença. Esta observação levou a equipe a examinar padrões fragmentomáticos especificamente associados à fibrose hepática e à cirrose.
Em outra análise envolvendo 570 pessoas com suspeita de doença grave, os pesquisadores criaram um índice de comorbidade de fragmentação. Esta medida separa pessoas com pontuações altas e baixas no Índice de Comorbidade de Charlson, uma métrica amplamente utilizada que estima como condições de saúde adicionais afetam o risco de morte de uma pessoa. Os índices baseados em fragmentos predizem independentemente a sobrevida global e, em alguns casos, revelam-se mais específicos do que os marcadores inflamatórios tradicionais. Algumas assinaturas fragmentadas também parecem estar associadas a resultados clínicos mais desfavoráveis.
“O fragmentoma pode servir de base para a criação de diferentes classificações para diferentes doenças e, mais importante, essas classificações são específicas da doença e não apresentam reações cruzadas”, disse Annapragada. “Um classificador de fibrose hepática é diferente de um classificador de câncer. É um teste único e específico para uma doença construído a partir da mesma plataforma subjacente”.
Possibilidade de detectar outras doenças crônicas
O estudo também incluiu pessoas com maior risco de uma variedade de condições médicas. Os pesquisadores observaram sinalização fragmentomática associada a distúrbios cardiovasculares, inflamatórios e neurodegenerativos. Contudo, a população do estudo não incluiu casos suficientes para criar classificações de doenças separadas para cada uma destas condições. Em vez disso, as descobertas sugerem que a tecnologia poderá eventualmente ter aplicações médicas mais amplas, que os investigadores planeiam investigar em trabalhos futuros.
O ensaio de fibrose hepática descrito no estudo continua sendo um protótipo e ainda não foi lançado em ensaios clínicos. Os próximos passos da equipe incluem refinar e validar a classificação da doença hepática e explorar assinaturas fragmentomáticas associadas a outras doenças crônicas.
Pesquisadores e financiamento
Junto com Velculescu, Annapragada, Scharf e Phalen, a equipe de pesquisa incluiu Zacharia Foda, Hope Orzuela, Carter Norton, Shashikant Kaul, Naushin Niknafs, Sarah Short, Kirti Byapati, Adriana Bartolomucci, Dimitrios Mathews, Michael Noe, Cheri, Barry, Karin e Karin, Adriana. Bartolomucci Chesnik, Nick Dracopoli, Jamie Medina, Nicolas Valpescu, Daniel Bruhm, Sarah Bacchus, Vilmos Adlef, Amy Kim, Stephen Belin, Gregory Kirk, Andrei Sorop, Rajvan Yacob, Speranta Yacob, Liana Gheorghe, Simona Dima, Catherel Manquel, Catherell, Mack, F, Manuel, Catherine. Julia Johansen e John Gruppman.
A pesquisa foi financiada pelos Drs. Capítulo de Washington, Família de Dan Y. Zhang AACR Scholar in Training Award, Cole Foundation e National Institutes of Health concede CA121113, CA006973, CA233259, CA062924, CA271896, T32GM,13638GM136387 DA036297.
