可以挽救生命的血液检测：新诊断工具可识别儿童疑难炎症疾病

更新时间：2024-09-19 14:56  浏览量：28

康奈尔大学的研究人员利用血浆中的无细胞 RNA 开发了机器学习模型，用于诊断川崎病和 MIS-C 等儿童炎症疾病。这种诊断工具有助于区分病毒、细菌感染和其他炎症疾病，同时监测器官健康状况。

康奈尔大学的研究人员利用无细胞RNA创建了一种诊断工具，用于区分儿童炎症疾病，如 MIS-C 和川崎病。该工具还可以跟踪器官健康状况，是在 NIH 的支持下开发的。

RNA 通过细胞死亡或主动分泌从细胞中释放出来，最终进入血液。康奈尔大学领导的研究团队创建了机器学习模型，利用这些无细胞 RNA 片段来诊断难以区分的儿科炎症疾病。

该诊断工具可以准确判断患者是否患有川崎病（KD）、儿童多系统炎症综合征（MIS-C）、病毒感染或细菌感染，同时监测患者的器官健康状况。

炎症性疾病对儿童的威胁尤其大，因为其症状（如发烧和皮疹）很常见，患者经常被误诊。如果治疗不当，MIS-C 会导致心脏、肺、脑和其他器官肿胀。同样，川崎病（儿童后天性心脏病的主要原因）会导致心脏动脉瘤和心脏病发作。基于无细胞 RNA 的测试将成为临床医生在儿童关键的早期阶段发现这些炎症疾病的第一个分子诊断工具。

该团队的论文发表在《美国科学院院刊》上。康奈尔大学研究团队由生物医学工程副教授、论文共同资深作者 Iwijn De Vlaminck 领导；第一作者是 Conor Loy，他目前是 New Ventures 的 Ignite 研究员。

这一发现源自四年前的一项合作，当时他们使用新一代测序技术来描述在疫情期间激增的儿童严重COVID-19和 MIS-C病例。最初，De Vlaminck 和 Loy 专注于使用无细胞DNA研究疾病的潜力，但他们发现自己对无细胞 RNA 越来越感兴趣，因为它提供了丰富的信息内容。虽然无细胞 RNA 已被证明是妊娠和癌症的有效生物标记，但它的研究不如无细胞 DNA 那么多。

“当你分析血浆中的 RNA 时，你看到的是来自死亡细胞的 RNA，以及从身体任何部位的细胞中释放出来的 RNA，”Loy 说：“这给你带来了巨大的优势。在炎症条件下，会有大量细胞死亡。在某些情况下，细胞会爆炸，它们的 RNA 会释放到血浆中。通过分离 RNA 并对其进行测序，我们可以发现疾病的生物标记，并追溯 RNA 的来源以测量细胞死亡。”

合作者研究了 370 份患有各种炎症的儿科患者血浆样本。研究小组将 RNA 转化为 DNA，然后进行 DNA 测序，分析基因组的蛋白质编码区域。Loy 花了一年时间试验机器学习算法，以在样本中寻找疾病特征，基本上创建了一套不同的工具来解读无细胞 RNA。

除了开发准确的诊断模型之外，研究人员还证明无细胞 RNA 测序可用于量化特定组织和器官的损伤，包括肝脏、心脏、内皮、神经系统和上呼吸道。

“我认为很多新颖之处、技术创新和工程设计都体现在数据分析中，”De Vlaminck 说道：“我们能够量化 RNA 中有多少来自不同的器官。有多少来自肝脏或血管系统的上皮细胞。通过量化来源，我们还可以了解可能与免疫相关但发生在血管组织中的损伤过程。”

参考文献：Conor J. Loy、Venice Servellita、Alicia Sotomayor-Gonzalez、Andrew Bliss、Joan S. Lenz、Emma Belcher、Will Suslovic、Jenny Nguyen、Meagan E. Williams、Miriam Oseguera、Michael A. Gardiner、null null、null null、Jong-Ha Choi、Hui-Mien Hsiao、Hao Wang、Jihoon Kim、Chisato Shimizu、Adriana H. Tremoulet、Meghan Delaney、Roberta L. DeBiasi、Christina A. Rostad、Jane C. Burns、Charles Y. Chiu、Iwijn De Vlaminck、Lukas Austin-Page、Amy Bryl、Joelle Donofrio-Ödmann、Atim Ekpenyong、David Gutglass、Scott Herskovitz、Paul Ishimine、John Kanegaye、Margaret 撰写的“儿童炎症综合征的血浆无细胞 RNA 特征” Nguyen、Mylinh Nguyen、Kristy Schwartz、Stacey Ulrich、Tatyana Vayngortin、Elise Zimmerman、Jocelyn Ang、Margalit Rosenkranz、Joseph Bochini、Michelle Sykes、Lerraughn Morgan、Laura D'Addese 和 Maria Pilar Gutierrez，2024 年 9 月 6 日，《美国国家科学院院刊》。DOI：10.1073/pnas.2403897121

该研究得到了美国国立卫生研究院国家儿童健康与人类发展研究所的支持。