РНК выполняет ряд биологических функций, от доставки генетической информации до производства белков. Но РНК также выводится из клеток через клеточную смерть или активное высвобождение, а затем может попасть в плазму крови.
Сотрудничество под руководством Корнелла разработало модели машинного обучения, которые используют эти бесклеточные молекулярные РНК-отбросы для диагностики детских воспалительных состояний, которые трудно дифференцировать. Диагностический инструмент может точно определить, есть ли у пациента болезнь Кавасаки (КД), мультисистемный воспалительный синдром у детей (МИС-С), вирусная инфекция или бактериальная инфекция, одновременно отслеживая здоровье органов пациента.
Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Воспалительные заболевания представляют особую угрозу для детей, поскольку симптомы, такие как лихорадка и сыпь, являются общими, и пациентам часто ставят неправильный диагноз. При отсутствии надлежащего лечения MIS-C может вызвать отек сердца, лёгких, мозга и других органов. Аналогично, KD — основная причина приобретённых заболеваний сердца у детей — может привести к аневризмам сердца и сердечному приступу. Тест на основе бесклеточной РНК станет первым молекулярным диагностическим инструментом , который врачи смогут использовать для выявления этих воспалительных состояний на решающей ранней стадии у детей.
Команду Корнелла возглавил Ивайн Де Вламинк, доцент кафедры биомедицинской инженерии и соавтор статьи. Ведущий автор — Конор Лой, в настоящее время стипендиат Ignite для New Ventures.
Результаты получены в результате предыдущего сотрудничества, которое началось четыре года назад и использовало секвенирование нового поколения для характеристики тяжелых случаев COVID-19 и MIS-C у детей, которые резко возросли во время пандемии.
Первоначально Де Вламинк и Лой сосредоточились на потенциале использования бесклеточной ДНК для исследования заболеваний, но затем они обнаружили, что все больше интересуются бесклеточной РНК из-за богатого информационного содержания, которое она предоставляет. Хотя было показано, что бесклеточная РНК является эффективным биомаркером беременности и рака, она не так хорошо изучена, как бесклеточная ДНК.
«Когда вы анализируете РНК в плазме, вы смотрите на РНК из умирающих клеток, а также на РНК, которая высвобождается из клеток в любой точке тела», — сказал Лой. «Это даёт вам огромное преимущество. При воспалительных состояниях происходит много клеточной смерти. Клетки в некоторых случаях взрываются, и их РНК высвобождается в плазму. Выделив эту РНК и секвенировав её, мы можем обнаружить биомаркеры заболеваний и отследить, откуда берётся РНК, чтобы измерить клеточную смерть».
Сотрудники изучили 370 образцов плазмы от детей с различными воспалительными заболеваниями. Команда преобразовала РНК в ДНК, затем провела секвенирование ДНК, которое проанализировало кодирующие белки области генома. Лой провел год, экспериментируя с алгоритмами машинного обучения, чтобы найти сигнатуры заболеваний в образцах, по сути, создав конвейер различных инструментов для понимания бесклеточной РНК.
Помимо разработки точной модели для диагностики, исследователи также продемонстрировали, что бесклеточное секвенирование РНК можно использовать для количественной оценки повреждений определенных тканей и органов, включая печень, сердце, эндотелий, нервную систему и верхние дыхательные пути.
«Я думаю, что большая часть новизны и технических инноваций , инженерии, заключается в анализе данных», — сказал Де Вламинк. «Мы можем количественно определить, сколько РНК поступает из разных органов; сколько из печени или эпителиальных клеток в сосудистой системе. Количественно оценивая источники, мы также можем узнать о процессах повреждения, которые, вероятно, связаны с иммунитетом, но происходят в васкуляризированных тканях».
В то же время многое о внеклеточной РНК до сих пор неизвестно.
«Мы показываем, что внеклеточная РНК полезна, но теперь мы чувствуем себя обязанными также немного больше узнать о биологии того, откуда берутся молекулы, и, возможно, что ещё важнее, почему их можно воспроизводимо изолировать из плазмы, и почему они стабильны в плазме», — сказал Де Вламинк. «Это потому, что они защищены. Мы думаем, что мы начали справляться и с этим».
Бессменный главный редактор, в незапамятные времена работал в издании РБК
