文/LFWC

图1：新的微创筛查方法，只需要一滴血就能检测出人体健康状况。（图片来源：LMU/MPQ）

由德国路德维希-马克西米利安大学宽带红外诊断团队（Broadband Infrared Diagnostics）和马克斯·普朗克量子光学研究所领导的研究团队，最近开发出一种新型健康筛查系统，该系统将医学诊断中常见的红外光谱技术与机器学习相结合，只通过一滴血进行单一测量，就能揭示多种复杂生物流体的分子特征信息，并最终揭示人体的健康状况。

宽带红外诊断团队的研究小组负责人Mihaela Žigman博士说：“虽然通过分析人体血液分子信息用于临床诊断的概念已经非常成熟，但是我们的方法利用红外分子光谱，能够进行稳健和可重复的人体血浆指纹识别。”

回顾过去

这种创新的微创方法源于该团队之前的工作，那时的工作涉及傅里叶变换红外光谱学（FTIR），这种方法长期以来一直被用于疾病检测的实验研究。该团队在早期研究中发现：红外分子指纹不仅对每个人都是独一无二的，而且随着时间的推移也保持一致。

Žigman说：“这一发现表明，我们的方法有望用于监测人类健康的临床诊断中。”

他们首先将FTIR光谱法应用于癌症诊断，将患有四种常见癌症之一的个体与表现出相似特征但没有恶性肿瘤的对照组进行比较。研究人员证明，他们涉及血清或血浆的方法可以检测到严重的异常，包括癌症信息。

向前迈进

最近，该团队扩大了他们的研究重点，开始探索是否可以使用相同的光谱方法来识别自然人群中具有各种常见疾病的人。

与德国慕尼黑亥姆霍兹中心（Helmholtz Center Munich）的研究人员合作，为该团队提供了一个独特的机会来测试IR指纹是否不仅可以检测癌症，还可以检测一系列常见的疾病。

“我们的方法中最关键的一个方面是集成了机器学习功能，”Žigman介绍说，“我们将被研究的个体人员的医疗数据与他们新测量的血浆光谱红外指纹信息相结合，并使用这个组合数据集来训练能够识别单一和组合条件的算法。”

凭借数千个可用的数据组合，该团队有效地训练了算法，并可以在看不见的数据集上验证其准确性。

Žigman解释说，新方法的主要优势在于它能够通过单一、非侵入性、成本效益高的测量，来表征个人的健康状况。传统的基于血液的诊断测试通常需要多轮才能得出一个诊断结论，每个诊断只瞄准特定的疾病或标志物。

“我们的方法能够同时检测多种分子特征信息和疾病情况，既高效又全面。”Žigman说道。

图2：该方法将红外光谱与机器学习相结合，通过一次测量就能揭示多种复杂生物流体的分子特征信息，并最终揭示人体的健康状况。

目标

该团队的目标是最终使用这种简单的基于血液的光谱测量方法，来改善人类的健康状况。

Žigman表示：“我们希望能够及早地发现疾病，让我们有机会管理甚至预防其发展。希望我们的方法能够对临床诊断产生重大影响，这不仅包括加强疾病的早期检测，还包括更深入地了解健康的意义。”

这种方法还可能用于检测是否存在某种疾病，为监测人体的整体健康状况提供了一种新颖的方法，这可能会改变预防性医疗保健。

通过有效地表征和理解分子特征，该团队有望开发出识别特定健康和疾病表型的算法。