Nature Medicine | 术中即时诊断成真：Rapid-CNS²为脑肿瘤精准手术导航！

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-03-29 15:30

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引言

在与脑肿瘤 (central nervous system tumors, CNS tumors) 这类复杂且凶险的疾病抗争时，每一分每一秒都至关重要。想象一下，当生命悬于一线，诊断结果却迟迟未能揭晓，那种焦灼与无助感是何等令人煎熬。传统的脑肿瘤分子诊断方法，如同在迷雾中摸索，不仅耗时漫长，更因其技术门槛高、成本昂贵，难以满足临床的迫切需求。这使得医生在关键的手术时刻，往往难以获得充分的分子信息来指导治疗决策。

然而，科学的进步总能带来希望之光。3月25日《Nature Medicine》一项突破性的研究“ Prospective, multicenter validation of a platform for rapid molecular profiling of central nervous system tumors ”，为我们带来了对抗脑肿瘤的全新利器。这项研究聚焦于一种名为Rapid-CNS²的创新平台，它宛如一位“速度型选手”，能够在短短的 30分钟内，为医生提供关键的分子诊断信息，包括实时的甲基化分类 (methylation classification) 和DNA拷贝数信息 (DNA copy number information) 。更令人振奋的是，在24小时内，Rapid-CNS²即可完成全面的分子谱分析，覆盖了所有对诊断和治疗具有重要意义的信息。

这项前瞻性的多中心验证研究，如同给Rapid-CNS²平台颁发了一张“临床通行证”。研究团队在包括18个术中样本在内的301个样本上进行了严格的评估，结果显示，Rapid-CNS²不仅速度惊人，其准确性也令人赞叹。为了进一步提升诊断的精准度，研究人员还开发了 MNP-Flex ，一个能够识别高达184种不同脑肿瘤类型的“超级分类器”，其在甲基化家族和具体类别上的分类准确率分别高达99.6%和99.2%。这项研究的成功，预示着脑肿瘤的诊断和治疗将迎来一场深刻的变革，为患者争取宝贵的治疗时间，点亮生命的希望之光。

告别漫长等待：Rapid-CNS²如何颠覆传统诊断流程

一直以来，脑肿瘤的分子诊断都面临着诸多挑战。传统的基因测序和分析方法往往需要数天甚至数周的时间才能得出结果，这对于病情进展迅速的患者来说，无疑是难以承受的等待。Rapid-CNS²的出现，彻底改变了这一局面。

Rapid-CNS²的核心技术是基于自适应采样的纳米孔测序工作流程 (adaptive-sampling-based nanopore sequencing workflow)。这意味着它利用了纳米孔测序技术，并在此基础上进行了优化，采用了自适应采样策略以实现快速分子分析。

纳米孔测序 (Nanopore Sequencing)：这是一种单分子实时测序技术。DNA分子通过一个微小的纳米孔，在电压的作用下，DNA碱基通过纳米孔时会引起电流的微小变化，这些变化被传感器记录下来，从而识别出DNA序列。纳米孔测序的优势在于可以进行长片段的测序，并且可以实时读取数据。

自适应采样 (Adaptive Sampling)：这是Rapid-CNS²实现快速分析的关键。传统的测序方法通常会对样本中的所有DNA进行无差别的测序。而自适应采样技术则能够根据预设的目标（例如，与脑肿瘤分类相关的特定基因组区域或甲基化位点），实时分析测序数据，并动态调整测序过程，优先测序那些包含关键信息的DNA片段。一旦获得足够的信息用于分类和拷贝数分析，测序过程就可以提前停止，从而大大缩短了分析时间。

实时甲基化分类和DNA拷贝数信息分析： Rapid-CNS²平台能够直接从纳米孔测序数据中提取DNA甲基化信息。DNA甲基化是指在DNA序列的胞嘧啶碱基上添加一个甲基基团的表观遗传修饰。不同的脑肿瘤类型具有独特的甲基化模式，这可以作为分类的重要依据。同时，通过分析测序数据的覆盖度，Rapid-CNS²也能够检测DNA的拷贝数变异，即某些染色体或基因片段的缺失或扩增，这也是脑肿瘤诊断和预后判断的重要指标。研究表明，Rapid-CNS²能够在术中30分钟内完成这些关键信息的分析。这意味着医生可以在手术过程中就获得初步的分子诊断结果，从而指导手术策略的制定，例如更精准地切除肿瘤组织，最大限度地减少对正常脑组织的损伤。这种实时反馈机制，无疑将大大提高手术的成功率和患者的预后。与传统的诊断方法相比，Rapid-CNS²不仅速度更快，而且操作更简便，有望降低对专业设备和高技能人员的依赖，从而在更广泛的医疗机构中得到应用。

精准识别肿瘤“身份”：MNP-Flex助力更全面的分类

为了进一步提升基于甲基化的脑肿瘤分类的实用性，研究团队还开发了一个名为MNP-Flex的平台无关性甲基化分类器 (platform-agnostic methylation classifier)，它是一个计算模型或算法，用于基于DNA甲基化数据对脑肿瘤进行分类。

平台无关性 (Platform-Agnostic)：这意味着MNP-Flex的设计使其能够分析来自不同DNA甲基化数据生成平台的数据，而不仅仅局限于Rapid-CNS²产生的纳米孔测序数据。这提高了其通用性和适用性。

甲基化分类器 (Methylation Classifier)： MNP-Flex的核心是一个经过训练的机器学习模型。该模型很可能使用了大量的已知脑肿瘤样本的DNA甲基化数据作为训练集，这些样本已经通过标准的病理学和分子诊断方法进行了明确的分类。

涵盖184个类别 (Encompassing 184 Classes)：这表明MNP-Flex能够将脑肿瘤样本精确地分类到184个不同的甲基化类别中，这比以往的分类体系更加精细和全面。

高准确率 (High Accuracy)：研究结果显示，MNP-Flex在甲基化家族 (methylation families) 的分类中达到了惊人的99.6%的准确率，而在更精细的甲基化类别 (methylation classes) 分类中，准确率也高达99.2%。

这些高精度的数据充分证明了MNP-Flex在准确识别脑肿瘤“身份”方面的卓越能力。这意味着医生可以更加精确地了解患者所患肿瘤的具体类型和分子特征，从而为制定个性化的治疗方案提供更可靠的依据。例如，对于一些难以通过传统病理学方法明确诊断的病例，MNP-Flex可以提供关键的分子证据，帮助医生做出更准确的判断。

多中心验证显实力：近乎完美的准确率带来新希望

一项新的医疗技术的诞生，仅仅在实验室中取得成功是远远不够的，更重要的是在实际临床应用中展现出可靠性和有效性。这项研究的亮点之一，就是在多个医疗中心对Rapid-CNS²平台进行了全面的验证。研究团队收集了来自不同医疗机构的301个样本，包括术中获取的珍贵样本，对Rapid-CNS²的性能进行了严格的评估。

验证结果令人振奋。正如前文提到的，无论是甲基化家族还是具体的甲基化类别，Rapid-CNS²都展现出了近乎完美的准确率。这充分证明了该平台在不同实验室、不同操作人员的情况下，都能够稳定可靠地提供高质量的分子诊断结果。这种多中心验证的结果，无疑为Rapid-CNS²在临床上的广泛应用奠定了坚实的基础，也为脑肿瘤患者带来了新的希望。高准确率意味着医生可以更加信任诊断结果，从而更有信心为患者制定最佳的治疗方案。

术中快速决策成为可能：实时分子信息指导精准治疗

Rapid-CNS²平台最引人注目的特点之一，就是其在术中快速提供关键分子信息的能力。研究数据显示，该平台能够在30分钟内完成甲基化分类和DNA拷贝数信息的分析。对于脑肿瘤手术来说，这短短的30分钟可能意味着患者预后的巨大差异。

传统的术中诊断主要依赖于冰冻切片病理学检查，这种方法虽然快速，但在分子层面提供的信息非常有限。Rapid-CNS²的出现，为术中诊断带来了革命性的变革。医生可以在手术过程中实时获得肿瘤的分子特征信息，例如是否存在特定的基因突变或染色体异常。这些信息对于指导手术切除范围、判断肿瘤的侵袭性以及预测术后复发风险都至关重要。例如，研究中提到，对于一些通过甲基化方法难以明确分类的病例，通过术中5到20分钟的测序获得的拷贝数变异 (Copy Number Variation, CNV) 图谱能够清晰地揭示肿瘤的特征，例如7号染色体的扩增和10号染色体的缺失，从而为诊断提供关键证据。这种术中快速获取分子信息的能力，将极大地提升脑肿瘤手术的精准性和有效性。

不止于快：Rapid-CNS²的深远意义与未来展望

Rapid-CNS²平台的意义远不止于提供快速的诊断结果。它的出现，预示着脑肿瘤分子诊断进入了一个全新的时代。更快的诊断速度意味着患者可以更快地开始接受治疗，从而提高治疗成功的机会。更全面的分子信息，有助于医生为患者量身定制更精准的个性化治疗方案，避免过度治疗或治疗不足。

此外，Rapid-CNS²平台的便携性和相对较低的成本，有望使其在更广泛的医疗机构中得到应用，尤其是在资源有限的地区。这将有助于提高脑肿瘤患者的整体生存率和生活质量。未来，随着技术的不断发展和完善，Rapid-CNS²有望整合更多的分子检测指标，例如RNA测序和蛋白质组学分析，从而提供更全面的肿瘤分子图谱。同时，人工智能和机器学习等技术的应用，将进一步提升Rapid-CNS²的诊断效率和准确性，为脑肿瘤的精准医疗带来更多的可能性。

为生命争分夺秒：创新技术点亮脑肿瘤患者的希望之光

脑肿瘤是一种复杂且具有高度异质性的疾病，对患者的生命健康构成严重威胁。Rapid-CNS²平台的成功研发和验证，无疑为与这种疾病作斗争的患者带来了新的希望。它以其前所未有的速度和准确性，打破了传统诊断方法的局限，为临床医生提供了强大的分子诊断工具。

这项研究的成果，不仅是科学技术进步的体现，更是对生命的尊重和对患者福祉的承诺。我们有理由相信，随着Rapid-CNS²等创新技术的广泛应用，脑肿瘤的诊断和治疗水平将得到显著提升，更多的患者将因此受益，拥有更长的生存期和更高的生活质量。让我们共同期待，在科技的助力下，人类能够最终战胜这一顽疾，为每一个生命赢得更多的时间和希望。

参考文献

Patel A, Göbel K, Ille S, Hinz F, Schoebe N, Bogumil H, Meyer J, Brehm M, Kardo H, Schrimpf D, Lomakin A, Ritter M, Göller P, Kerbs P, Pfeifer L, Hamelmann S, Blume C, Ippen FM, Berghaus N, Euskirchen P, Schweizer L, Hultschig C, Van Roy N, Van Dorpe J, Van der Meulen J, Loontiens S, Dedeurwaerdere F, Leske H, Halldórsson S, Fox G, Deacon S, Cahyani I, Holmes N, Wibowo S, Munro R, Martin D, Sharif A, Housley M, Goldspring R, Brandner S, Roy S, Hench J, Frank S, Unterberg A, Goidts V, Jäger N, Paine S, Smith S, Herold-Mende C, Wick W, Pfister SM, Vik-Mo EO, von Deimling A, Krieg S, Jones DT, Loose M, Schlesner M, Sill M, Sahm F. Prospective, multicenter validation of a platform for rapid molecular profiling of central nervous system tumors. Nat Med. 2025 Mar 25. doi: 10.1038/s41591-025-03562-5. Epub ahead of print. PMID: 40133526.

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