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Investigadores del Kimmel Cancer Center de Johns Hopkins informan que una prueba de biopsia líquida basada en inteligencia artificial (IA) que utiliza patrones de fragmentación del ADN libre de células (cfDNA) en todo el genoma y paisajes de repetición, puede detectar la fibrosis y la cirrosis hepática en etapas tempranas, y también podría revelar señales de una mayor carga de enfermedad crónica.

La investigación, apoyada en parte por los Institutos Nacionales de la Salud, y cuyos hallazgos fueron publicados el 4 de marzo en Science Translational Medicine, representa la primera vez que esta tecnología de fragmentoma, inicialmente estudiada en cáncer, se aplica sistemáticamente a la detección de afecciones crónicas no cancerosas.

Las biopsias líquidas basadas en cfDNA han demostrado éxito en la detección de cáncer, pero su potencial en otras enfermedades ha permanecido en gran medida inexplorado. En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron la secuenciación del genoma completo para analizar los fragmentomas de cfDNA de 1,576 personas con enfermedades hepáticas y otras comorbilidades, examinando el ADN de todo su genoma. Examinaron el tamaño de los fragmentos y cómo se distribuían por todo el genoma, incluidas regiones repetitivas previamente no caracterizadas, para buscar signos de enfermedad.

En cada análisis, se evaluaron aproximadamente 40 millones de fragmentos que abarcan miles de regiones genómicas, una cantidad de datos superior a la de casi cualquier otra prueba de biopsia líquida. Se utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para analizar estos grandes volúmenes de datos e identificar firmas de fragmentación específicas de la enfermedad. Esta tecnología de IA permitió al equipo centrarse en los patrones más informativos y desarrollar un sistema de clasificación que detectó la enfermedad hepática temprana, la fibrosis avanzada y la cirrosis con alta sensibilidad.

Esto se basa directamente en nuestro trabajo anterior con el fragmentoma en cáncer, pero ahora utilizando la IA y los perfiles de fragmentación del ADN libre de células en todo el genoma para centrarnos en las enfermedades crónicas. Para muchas de estas enfermedades, la detección temprana podría marcar una gran diferencia, y la fibrosis hepática y la cirrosis son ejemplos importantes. La fibrosis hepática es reversible en sus primeras etapas, pero si no se detecta, puede progresar a cirrosis y, en última instancia, aumentar el riesgo de cáncer de hígado.

Victor Velculescu, M.D., Ph.D., codirector del programa de genética del cáncer y epigenética del Kimmel Cancer Center de Johns Hopkins y coautor principal del estudio.

A diferencia de otras tecnologías de biopsia líquida que buscan mutaciones genéticas relacionadas con el cáncer, el fragmentoma analiza cómo se cortan, empaquetan y distribuyen los fragmentos de ADN en todo el genoma, lo que es aplicable a enfermedades más allá del cáncer, incluidas las afecciones subyacentes que eventualmente pueden conducir al desarrollo del cáncer, explican el equipo, que también fue codirigido por Robert Scharpf, Ph.D., profesor de oncología, y Jill Phallen, Ph.D., profesora asistente de oncología.

«El hecho de que no estemos buscando mutaciones individuales es lo que hace que este estudio sea tan poderoso», afirma Akshaya Annapragada, estudiante de medicina y doctorado que trabaja en el laboratorio de Velculescu. «Estamos analizando todo el fragmentoma, que contiene una gran cantidad de información sobre el estado fisiológico de una persona. La escala de estos datos, junto con el aprendizaje automático, permite el desarrollo de clasificadores específicos para muchas condiciones de salud diferentes».

Se estima que 100 millones de personas en los Estados Unidos tienen afecciones hepáticas que las ponen en alto riesgo de cirrosis y cáncer, según Velculescu. Sin embargo, señala que los marcadores sanguíneos existentes para la fibrosis tienen una sensibilidad limitada, especialmente en las primeras etapas de la enfermedad. Las pruebas de sangre actuales no detectan la fibrosis temprana y solo detectan la cirrosis aproximadamente la mitad de las veces, mientras que las herramientas de imagen disponibles requieren equipos especializados de ultrasonido o resonancia magnética, que pueden no ser accesibles para todos los pacientes.

«Muchas personas en riesgo no saben que tienen una enfermedad hepática», dice Velculescu. «Si podemos intervenir antes, antes de que la fibrosis progrese a cirrosis o cáncer, el impacto podría ser sustancial».

En algunos casos, dice, la detección temprana de estas condiciones precursoras podría tener un impacto aún mayor, alertando a los médicos sobre afecciones tratables que, mediante la intervención, podrían prevenir el desarrollo del cáncer.

El origen del estudio se remonta a un estudio de fragmentoma de cáncer de hígado de 2023 publicado en Cancer Discovery por Velculescu y su equipo. Al analizar a pacientes con cáncer de hígado, el equipo observó a personas con fibrosis o cirrosis cuyos perfiles de fragmentación parecían en gran medida normales, pero mostraban señales sutiles de cambios relacionados con la enfermedad. Esa observación impulsó una investigación centrada en el fragmentoma de la fibrosis y la cirrosis hepática para descubrir los patrones específicos de la enfermedad utilizados en el estudio actual.

En una cohorte de 570 personas que presentaban sospechas de enfermedades graves, el equipo desarrolló un índice de comorbilidad de fragmentación que distinguió a las personas con puntuaciones altas y bajas en el índice de comorbilidad de Charlson, una herramienta común utilizada por médicos e investigadores para estimar cómo otras afecciones de salud pueden afectar el riesgo de muerte de una persona. El índice de fragmentoma predijo de forma independiente la supervivencia general y, en algunos análisis, demostró ser más específico que los marcadores inflamatorios tradicionales. Los investigadores también encontraron que algunas firmas de fragmentación específicas se correlacionaron con peores resultados clínicos.

«El fragmentoma puede servir como base para construir diferentes clasificadores para diferentes enfermedades, y lo importante es que estos clasificadores son específicos de la enfermedad y no reaccionan de forma cruzada», dice Annapragada. «Un clasificador de fibrosis hepática es distinto de un clasificador de cáncer. Esta es una prueba única y específica de la enfermedad construida sobre la misma plataforma subyacente».

Además de la enfermedad hepática, el estudio examinó a una población con alto riesgo de otras afecciones. Los investigadores también detectaron señales fragmentómicas asociadas con afecciones cardiovasculares, inflamatorias y neurodegenerativas. Los investigadores señalan que el estudio no incluyó suficientes participantes para desarrollar clasificadores específicos de la enfermedad para cada una de estas afecciones, sino que sugieren una aplicación más amplia, que será uno de los focos de la investigación en curso.

Los investigadores señalan que el ensayo de fibrosis hepática descrito en el estudio es un prototipo y aún no es una prueba clínica. Dicen que los próximos pasos incluyen el desarrollo y la validación adicionales del clasificador de enfermedades hepáticas, así como la exploración de firmas de fragmentoma en otras afecciones crónicas.