The early detection of cancer is a challenging problem in medicine. The blood sera of cancer patients are enriched with heterogeneous secretory lipid bound extracellular vesicles (EVs), which present a complex repertoire of information and biomarkers, representing their cell of origin, that are being currently studied in the field of liquid biopsy and cancer screening. Vibrational spectroscopies provide non-invasive approaches for the assessment of structural and biophysical properties in complex biological samples. In this study, multiple Raman spectroscopy measurements were performed on the EVs extracted from the blood sera of 9 patients consisting of four different cancer subtypes (colorectal cancer, hepatocellular carcinoma, breast cancer and pancreatic cancer) and five healthy patients (controls). FTIR(Fourier Transform Infrared) spectroscopy measurements were performed as a complementary approach to Raman analysis, on two of the four cancer subtypes. The AdaBoost Random Forest Classifier, Decision Trees, and Support Vector Machines (SVM) distinguished the baseline corrected Raman spectra of cancer EVs from those of healthy controls (18 spectra) with a classification accuracy of greater than 90% when reduced to a spectral frequency range of 1800 to 1940 inverse cm, and subjected to a 0.5 training/testing split. FTIR classification accuracy on 14 spectra showed an 80% classification accuracy. Our findings demonstrate that basic machine learning algorithms are powerful tools to distinguish the complex vibrational spectra of cancer patient EVs from those of healthy patients. These experimental methods hold promise as valid and efficient liquid biopsy for machine intelligence-assisted early cancer screening.


翻译:癌症的早期检测是医学上的一个具有挑战性的问题。癌症患者的血液阴部通过混杂的秘密脂脂质外细胞囊囊囊(EVs)丰富了血液的血红色,这些血红色呈现出一系列复杂的信息和生物标志,代表了他们的起源细胞,目前正在液体生物心理和癌症筛查领域研究这些细胞。活性光谱为评估复杂生物样本中的结构性和生物物理特性提供了非侵入性的方法。在这项研究中,从9个患者的血液腹部抽取的病人的癌症直径上进行了多次拉曼光谱检查,这9个病人的血液腹部由4个不同的癌症亚型(白细胞癌、肝细胞癌癌、乳腺癌和肿瘤癌癌)和5个健康病人组成(控制),它们代表了信息细胞细胞细胞细胞细胞细胞癌的精度。FTIR(Fourierer Group Infrared)的光谱测量为Raman分析提供了一种非侵入性方法,其中两个癌症子型。AdaBoost Remot For Foral Clas 分类、决定性树、支持消化和摄像师(SVMs),这些基本的精确分解分解分解的精确分解分解,这些分解了R,这些分解结果的精确度为18的精度的精度的精度为:对癌症的精度的精度的精度的精度,从19的精度的精度的精度为直到直射程的精度的精度学的精度的精度为直径。

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