Proof of concept for identifying cystic fibrosis from perspiration samples

出汗 囊性纤维化 汗水 质谱法 计算机科学 金标准(测试) 出汗试验 人工智能 化学 色谱法 材料科学 内科学 医学 复合材料
作者
Zhenpeng Zhou,Daniel Álvarez,Carlos Milla,Richard N. Zare
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:116 (49): 24408-24412 被引量:17
标识
DOI:10.1073/pnas.1909630116
摘要

The gold standard for cystic fibrosis (CF) diagnosis is the determination of chloride concentration in sweat. Current testing methodology takes up to 3 h to complete and has recognized shortcomings on its diagnostic accuracy. We present an alternative method for the identification of CF by combining desorption electrospray ionization mass spectrometry and a machine-learning algorithm based on gradient boosted decision trees to analyze perspiration samples. This process takes as little as 2 min, and we determined its accuracy to be 98 ± 2% by cross-validation on analyzing 277 perspiration samples. With the introduction of statistical bootstrap, our method can provide a confidence estimate of our prediction, which helps diagnosis decision-making. We also identified important peaks by the feature selection algorithm and assigned the chemical structure of the metabolites by high-resolution and/or tandem mass spectrometry. We inspected the correlation between mild and severe CFTR gene mutation types and lipid profiles, suggesting a possible way to realize personalized medicine with this noninvasive, fast, and accurate method.
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