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Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Diagnóstico do câncer de próstata utilizando metabolômica exploratória e ATR-FITR: prova de conceito
Título (s) alternativo (s): Prostate cancer diagnosis using exploratory metabolomics and ATR-FITR: proof of concept
Autor: Oliveira, Leandro Alves de
Primer orientador: Cunha, Thúlio Marquez
Primer miembro de la banca: Maia, Larissa Prado
Segundo miembro de la banca: Picolo, Bianca Uliana
Tercer miembro de la banca: Favaretto, Ricardo de Lima
Cuarto miembro de la banca: Cunha, Thulio Marquez
Resumen: Introdução: o diagnóstico do câncer de próstata enfrenta vários desafios, um dos principais problemas é ausência de um marcador câncer específico e as complicações da biopsia de próstata. Esses desafios destacam a necessidade de ferramentas diagnósticas mais disruptivas e eficazes para melhorar a precisão do diagnóstico. Objetivo: identificar metabólicos e desenvolver plataformas diagnósticas utilizando metabolômica exploratória e ATR-FTIR com algoritmos de inteligência artificial para o diagnóstico de câncer de próstata. Metodologia: Na metabolômica exploratória foram analisados 46 participantes divididos em 3 grupos: grupo 1 (pacientes com diagnóstico de câncer de próstata n=19) grupo 2 (pós-operatório de prostatectomia radical n=11), grupo 3 (controle n =16), dos quais foram coletadas amostras de sangue. Foi realizado a extração dos metabolitos com metanol, os dados obtidos foram analisados com uma estratégia de metabolômica exploratória e criação de algoritmos pela inteligência para classificação dos grupos. Na ATR-FTIR foram analisados 20 participantes divididos em 2 grupos: grupo 1 (pacientes com diagnóstico de câncer de próstata n=11), grupo 2 (controle n=9), dos quais foram coletadas amostras de sangue . Os dados espectrais de soro foram obtidos utilizando o Espectrômetro FTIR Agilent Cary 630 no modo de refletância total microatenuada (ATR), abrangendo uma faixa de números de onda de 4000 a 650 cm⁻¹. Os dados espectrais foram analisados em ferramentas de IA. Resultados: Na metabolômica exploratória foram identificados no total 1.744 metabólitos. Foi utilizado filtro de frequência de 100%, análise ANOVA com p<0,05 e fold change maior ou igual a 2 e obteve-se 11 metabólitos diferencialmente expressos. Dentre estes resultados com diferenças, 2 metabolitos se destacam por estarem ausentes no grupo 1: Pi22 referese a um determinado fosfoinositídeo (PI) e C19 Sphingosine-1-phosphate. No emprego da inteligência artificial foi criado algoritmo no modelo de Gradiente Boosting com sensibilidade de 96% e especificidade de 98% e com acurácia de 97% para diagnóstico de câncer de próstata. Empregando ferramentas de inteligência artificial (IA), os resultados demonstraram que o algoritmo de Rede Neural proporcionou a discriminação mais eficaz entre pacientes dos 2 grupos. Essa abordagem de pré-processamento com sensibilidade de 100%, especificidade de 100% e precisão de 100% na diferenciação entre os grupos. Conclusão: As avaliações metabolômica exploratória do soro e ATR-FTIR do soro combinadas a aprendizado de máquina apresentam-se como potencial ferramenta diagnóstica do câncer de próstata. O emprego da metabolômica exploratória encontrou dados promissores para dois metabolitos que estavam ausentes no grupo 1, sendo indicados para estudos futuros como possíveis biomarcadores, também foi possível desenvolver um algoritmo de inteligência artificial com alta sensibilidade, especificidade e acurácia para diagnóstico de câncer de próstata.
Abstract: Introduction: The diagnosis of prostate cancer faces several challenges, one of the main problems is the absence of a specific cancer marker and the complications of prostate biopsy. These challenges highlight the need for more disruptive and effective diagnostic tools to improve diagnostic accuracy. Objective: To identify metabolites and develop diagnostic platforms using exploratory metabolomics and ATR-FTIR with artificial intelligence algorithms for the diagnosis of prostate cancer. Methodology: In exploratory metabolomics, 46 participants were divided into 3 groups: group 1 (patients diagnosed with prostate cancer n = 19), group 2 (postoperative radical prostatectomy n = 11), group 3 (control n = 16), from which blood samples were collected. Metabolites were extracted with methanol, the data obtained were analyzed with an exploratory metabolomics strategy and creation of algorithms by intelligence to classify the groups. In ATR-FTIR, 20 participants were divided into 2 groups: group 1 (patients diagnosed with prostate cancer n = 11), group 2 (control n = 9), from which blood samples were collected. Serum spectral data were obtained using the Agilent Cary 630 FTIR Spectrometer in microattenuated total reflectance (ATR) mode, covering a wavenumber range from 4000 to 650 cm⁻¹. Spectral data were analyzed in AI tools. Results: In exploratory metabolomics, a total of 1,744 metabolites were identified. A 100% frequency filter was used, ANOVA analysis with p < 0.05 and fold change greater than or equal to 2 and 11 differentially expressed metabolites were obtained. Among these results with differences, 2 metabolites stand out for being absent in group 1: Pi22 refers to a certain phosphoinositide (PI) and C19 Sphingosine-1-phosphate. Using artificial intelligence, an algorithm was created in the Gradient Boosting model with 96% sensitivity and 98% specificity and 97% accuracy for the diagnosis of prostate cancer. Using artificial intelligence (AI) tools, the results demonstrated that the Neural Network algorithm provided the most effective discrimination between patients in the 2 groups. This preprocessing approach with 100% sensitivity, 100% specificity and 100% accuracy in differentiating between the groups. Conclusion: Exploratory metabolomics evaluations of serum and ATR-FTIR of serum combined with machine learning present a potential diagnostic tool for prostate cancer. The use of exploratory metabolomics found promising data for two metabolites that were absent in group 1, and are indicated for future studies as possible biomarkers. It was also possible to develop an artificial intelligence algorithm with high sensitivity, specificity and accuracy for the diagnosis of prostate cancer.
Palabras clave: Câncer de Próstata
Metabolômica
Inteligência Artificial
ATR-FTIR
Prostate Cancer
Metabolomics
Artificial Intelligence
ATR-FTIR
Área (s) del CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE
Tema: Ciências médicas
Próstata - Câncer
Inteligência artificial - Aplicações médicas
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde
Cita: OLIVEIRA, Leandro Alves de. Diagnóstico do câncer de próstata utilizando metabolômica exploratória e ATR-FITR: prova de conceito. 2025. 87 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.367
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.367
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46505
Fecha de defensa: 24-jun-2025
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Aparece en las colecciones:TESE - Ciências da Saúde

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