Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46592
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Plataformas Tecnológicas na Vigilância Ativa no Câncer de Próstata: Espectroscopia ATR-FTIR, Análise Metabolômica e Aprendizado de Máquina
Título(s) alternativo(s): Technological Platforms in Active Surveillance of Prostate Cancer: ATR-FTIR Spectroscopy, Metabolomic Analysis and Machine Learning
Autor(es): Borba, Sebastião Antonio
Primeiro orientador: Cunha, Thúlio Marquez
Primeiro membro da banca: Nossol, Arlene Bispo dos Santos
Segundo membro da banca: Favaretto, Ricardo de Lima
Terceiro membro da banca: Freitas, Ricardo Garcia de
Quarto membro da banca: Maia, Larissa Prado
Resumo: A vigilância ativa em câncer de próstata clinicamente localizado é uma opção em cerca de 50% dos tumores recém-diagnosticados, mas permanece desafiador definir quais pacientes necessitam de tratamento definitivo. Buscou-se avaliar duas plataformas não invasivas, rápidas e econômicas, metabolômica (CLAE-EM) e ATR-FTIR associadas a algoritmos de inteligência artificial, para indicar vigilância ativa com maior precisão. Os participantes, com diagnóstico de adenocarcinoma de próstata clinicamente localizados, estratificados conforme NCCN v. 4 (2024) e submetidos a prostatectomia radical, foram divididos em: Grupo 1 - Vigilância ativa: 12 pacientes -metabolômica (CLAE-EM) / 8 pacientes (ATR-FTIR) , e Grupo 2 - Tratamento definitivo: 7 pacientes - metabolômica (CLAE-EM) / 3 pacientes (ATR-FTIR). A análise metabolômica (CLAE/MS Q-TOF - ESI) no soro foi realizada com estratégia exploratória: filtro de frequência 100%, teste t não pareado (p < 0,05) e fold change ≥ 2. Foi utilizado o software Orange v. 3.38.1 e utilizado os modelos supervisionados Logistic Regression, NaiveBayes e Stochastic Gradient Descent. Os espectros de soro medidos em ATR-FTIR, truncados nas regiões lipídica (3050–2800 cm⁻¹) e impressão digital (1800–900 cm⁻¹) foram processados no software Orange 3.35 e os algoritmos criados com os modelos supervisionado Redes Neurais, AdaBoost, Random Forest e SVM. Na análise metabolômica foram identificados nos dois grupos 514 metabólitos dos quais dois foram diferentemente expressos, estatisticamente significante (fold change >2 e p <0,05), Fosfatidiletanolamina e Lisofosfatidilcolina, ambos mais elevados no grupo com indicação de tratmento definitivo, sugerindo maior atividade neoplásica neste grupo. Os Modelos preditivos Logistic Regression, Naive Bayes e Stochastic Gradient Descent apresentaram alta sensibilidade, especificidade e acurácia na separação dos grupos. Na ATR-FTIR o modelo preditivo supervisionado SVM obteve sensibilidade, especificidade e acurácia de 100% na separação dos grupos e a SHAP identificou os picos espectrais mais contributivos: (1423 cm⁻¹) vibrações de anel mistos e flexão CH e (3011 cm⁻¹) estiramento N–H. A metabolômica exploratória (CLAE-EM) identificou dois marcadores promissores na separação dos grupos vigilância ativa e com indicação de intervenção. Com as duas plataformas (CLAE-EM) e ATR-FTIR aliadas com IA, foi possível criar algotítmos preditivos com bom desempenho na separação dos grupos. A ATR-FTIR sinalidou na direção dos metabólitos identificados pela análise metabolômica (CLAE-EM). Ambos os marcadores e os algoritmos de predição têm potencial para indicar vigilância ativa com maior segurança após validação em estudos maiores.
Abstract: Active surveillance in clinically localized prostate cancer is an option in approximately 50% of newly diagnosed tumors, but it remains challenging to define which patients require definitive treatment. This study aimed to evaluate two non-invasive, rapid, and cost-effective platforms, metabolomics (LC-MS) and ATR-FTIR, combined with artificial intelligence algorithms to indicate active surveillance with greater precision. Participants diagnosed with clinically localized prostate adenocarcinoma, stratified according to NCCN v. 4 (2024) and submitted to radical prostatectomy, were divided into: Group 1 – Active Surveillance: 12 patients (metabolomics (CLAE/MS Q-TOF ESI) / 8 patients (ATR-FTIR) Group 2 – Definitive Treatment: 7 patients (metabolomics (CLAE/MS Q-TOF ESI) / 3 patients (ATR-FTIR). Serum metabolomic analysis (CL/MS Q-TOF – ESI) was performed using an exploratory strategy: 100% frequency filter, unpaired t-test (p < 0.05) and fold change ≥ 2. Orange v. 3.38.1 software was used with supervised Logistic Regression, Naive Bayes and Stochastic Gradient Descent models. Serum spectra measured by ATR-FTIR, truncated to the lipid (3050–2800 cm⁻¹) and fingerprint (1800–900 cm⁻¹) regions, were processed in Orange 3.3.5 and algorithms were built using supervised Neural Networks, AdaBoost, Random Forest and SVM models. Metabolomic analysis identified 514 metabolites across both groups, of which two were differentially expressed with statistical significance (fold change > 2 and p < 0.05): phosphatidylethanolamine and lysophosphatidylcholine, both elevated in the definitive treatment group, suggesting higher neoplastic activity in this group. Predictive models (Logistic Regression, Naive Bayes and Stochastic Gradient Descent) demonstrated high sensitivity, specificity and accuracy in group separation. In ATR-FTIR, the supervised SVM model achieved 100% sensitivity, specificity and accuracy in separating the groups, and SHAP analysis identified the most contributive spectral peaks: 1423 cm⁻¹ (mixed ring vibrations and CH bending) and 3011 cm⁻¹ (N–H stretching). Exploratory metabolomics (CL-MS) identified two promising markers for distinguishing the active surveillance group from the intervention-indicated group. By combining both platforms (CL-MS and ATR-FTIR) with AI, it was possible to develop predictive algorithms that perform well in separating these groups. ATR-FTIR pointed in the direction of the metabolites identified by metabolomic analysis (LC-MS). Both the markers and the prediction algorithms hold potential to guide active surveillance with greater certainty, pending validation in larger studies.
Palavras-chave: Câncer de próstata
Vigilância ativa
Tratamento definitivo
Metabolômica (CLAE-EM)
ATR-FTIR
Inteligência artificial
Aprendizado de máquina
Prostate cancer
Active surveillance
Definitive treatment
Metabolomics (LC-MS)
Artificial intelligence
Machine learning
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE
Assunto: Ciências médicas
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde
Referência: BORBA, Sebastião Antônio. Plataformas Tecnológicas na Vigilância Ativa no Câncer de Próstata: Espectroscopia ATR-FTIR, Análise Metabolômica e Aprendizado de Máquina. 2025. 153 f. Tese (Doutorado em Ciências da Saúde) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.393.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.393
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46592
Data de defesa: 1-Jul-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
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