Integrating structurally defined DNA-carbon nanotube sensors with machine learning for cancer detection

灵敏度(控制系统) 人工智能 机器学习 癌症检测 计算机科学 液体活检 癌症 路径(计算) 卵巢癌 活检 模式识别(心理学) 人类疾病 感知 肺癌 肺病 模式检测 假警报 诊断试验 探测理论 上皮性卵巢癌
作者
Piaoyi Chen,Xin Zheng,Yinong Li,Jian Li,Xuan Zhou,Yawei Wen,Jialong Liu,Pengbo Wang,Xiaohui Li,Runzhe Chen,Zhiwei Lin
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (31): eaef9530-eaef9530 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aef9530
摘要

Liquid biopsy is a promising, noninvasive approach for cancer detection, but current methods often trade off accuracy, operability, and cost. To address these limitations, we introduce an artificial perception system (APS) for liquid biopsy that combines a structurally defined DNA-carbon nanotube sensor array with machine learning (ML) models. The array produces multichannel fluorescence fingerprints from serum, which are decoded by ML models to classify disease state. In a total of 253 serum samples spanning liver, lung, and ovarian cancers and noncancer controls, the APS achieved mean sensitivity of 89% and specificity of 96%. Notably, early-stage lung cancer was detected with 92% sensitivity and 95% specificity at an estimated cost of ∼$4 USD per test. Insights from SHAP analysis and Mantel test revealed the detection mechanisms of APS, supporting biological plausibility and clinical translation. These results highlight a path toward accurate, scalable, and affordable multicancer detection and early cancer screening.
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