及时、精准的术中冷冻切片评估仍是脑胶质瘤外科治疗的“金标准”。具体而言，精准的术中诊断可以明确细胞内DNA的变化细节，帮助神经外科医生决定脑组织的切除量。当肿瘤侵袭性较弱时，过多地切除脑组织就会影响患者的神经和认知功能。同样，当肿瘤具有高度侵袭性时，过少地切除脑组织可能会导致恶性组织残留并快速生长扩散。
目前使用的标准术中诊断方法需要对脑组织进行提取、冷冻并在显微镜下检验。这种方法的一个主要缺点是，对组织进行冷冻往往会改变细胞在显微镜下的形态，并影响临床评估的精准度。换言之，冷冻脑组织的过程常常会导致伪影的产生，使组织学分析变得困难。
除此之外，即使有了功能强大的显微镜，人眼也无法在载玻片上可靠地观察到基因组的细微变化。尤其是《2021年世界卫生组织中枢神经系统肿瘤分类（第五版）》（WHO CNS5）将分子分型纳入诊断类别后，基于这一新的分类系统，单独进行冷冻切片的视觉评估已无法完全为诊断提供信息。
在2023年7月7日Cell子刊Med（IF：17.0）刊登的一篇研究文章中，介绍了一种称为“冷冻切片组织病理学评估和审查机器”（CHARM）的工具。CHARM是一种可以克服上述挑战的机器学习算法，可在术中对肿瘤组织进行快速评估，帮助术者即刻决定下一步操作。
研究者通过向CHARM展示脑部手术中收集的样本照片来对这一工具进行训练，并将其结果分别与每项诊断进行对比，包括在3个不同群体的1524名患者中收集到的2334份脑肿瘤样本。
当CHARM对一组从未见过的脑组织样本进行测试时，它以93%的准确率识别出了具有特定分子突变的肿瘤，并成功对三种不同分子分型（意味着病情预测和治疗反应也不同）的主要胶质瘤类型进行了分类。
再进一步，CHARM成功地捕捉到了恶性肿瘤细胞周围组织的视觉特征。首先，CHARM能够发现样本中细胞密度更高、细胞死亡更多（二者均标志着更具侵袭性的胶质瘤类型）的指示区域。其次，它也精准地确定了低级别胶质瘤子集中具有临床重要意义的分子变化。低级别胶质瘤是胶质瘤的一种亚型，其侵袭性较弱，因此侵犯周围组织的可能性较小。每种分子变化都标志着不同的肿瘤生长、播散和治疗反应趋势。此外，CHARM能进一步将细胞的外观（细胞核形状、细胞周围水肿情况）与肿瘤的分子分型联系起来，这意味着该算法可以精准确定细胞外观与肿瘤分子分型之间的关系。
通讯作者、哈佛医学院Blavatnik研究所生物医学信息学系和布莱根妇女医院病理学部的助理教授Kun-Hsing Yu介绍说，“目前，即使是最先进的临床实践方法也无法在术中进行肿瘤分子分型分析。我们的工具在冷冻病理切片中提取了尚未被利用的生物医学信号，克服了这一挑战。”
Yu接着表示，“术中了解肿瘤的分子分型颇有价值，因为某些肿瘤患者可以通过术中直接植入大脑的药物涂层Wafer进行实时治疗并获益。术中实时分子诊断的能力可以推动实时精准肿瘤学的发展。”
提及CHARM的优势，Yu补充道，“CHARM能够对影像周围更广泛的情况进行评估，这种能力让模型更加精准，也更加接近人类病理学家对肿瘤样本的视觉评估。虽然该模型的训练和测试是在胶质瘤样本上进行的，但它也可以成功接受新的训练并识别其他脑癌亚型。”
不过，Yu也特别指出，“CHARM必须定期接受新的训练，这样才能对新知识中的新疾病分类做出反应。就像人类临床医生必须不断接受教育和培训一样，人工智能（AI）工具也必须了解最新知识，从而保持最佳的性能。”
HARM现在可供其他研究人员免费使用（https://github.com/hms-dbmi/charm）。尽管如此，这个工具仍应在真实世界测试中进行临床验证，并获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，之后才可投放至各医院使用。
文章来源： Nasrallah MP, Zhao J, Tsai CC, Meredith D, Marostica E, Ligon KL, Golden JA, Yu KH. Machine learning for cryosection pathology predicts the 2021 WHO classification of glioma. Med. 2023 Jun 29:S2666-6340(23)00189-7. doi: 10.1016/j.medj.2023.06.002. Epub ahead of print. PMID: 37421953.
