Nestemäiset biopsiot syövän diagnosoimiseksi

Tyypillisesti kasvaimia tutkitaan käyttäen kudosbiopsioita. Pieni näyte otetaan kasvaimesta ja genotyyppi tai analysoidaan geneettiseen meikkiä varten. Tämän lähestymistavan ongelmana on se, että biopsy-kasvaimet voivat olla haastavia. Lisäksi kasvainbiopsia tarjoaa vain tilannekuvan tuumorista.

Kirjoittaminen Discovery Medicine Vuonna 2015 Labgaa ja rinnakkais kirjoittajat ilmoittavat tavanomaisesta kasvainbiopsiasta:

"Ilmeisistä syistä on vaikeaa seurata kasvainten kehittymistä peräkkäisillä biopsioilla. Myös biopsia heijastaa vain tuumorin yksittäistä kohtaa ja on siten epätodennäköistä, että se edustaisi koko somaattisten mutaatioiden spektriä suurissa kasvaimissa. biopsiot samalle kasvaimelle, mutta tämä vaihtoehto ei näytä olevan realistinen eikä tarkka."

Nestemäinen biopsia käsittää verenkierrossa olevan DNA: n (ctDNA) ja muiden tuumorin sivutuotteiden mittaamisen syöpäpotilailla saaduista verinäytteistä. Tämä kehittyvä diagnostinen lähestymistapa lupaa olla nopea, ei-invasiivinen ja kustannustehokas.

Nestemäisen biopsian historia

Vuonna 1948 Mandel ja Métais, pari ranskalaista tutkijaa, tunnistivat ensin ctDNA: n terveiden ihmisten veressä. Tämä löytö oli ennen sen aikaa, ja vasta vuosikymmeniä myöhemmin ctDNA: ta tutkittiin edelleen.

Vuonna 1977 Leon ja kollegat tunnistivat ensin lisääntyneet ctDNA-määrät syöpäpotilaiden veressä. Vuoteen 1989 mennessä Stroun ja kollegat tunnistivat neoplastiset (eli syövän) ominaisuudet veressä. Näiden löydösten jälkeen useat muut ryhmät tunnistivat spesifiset mutaatiot tuumorin suppressoreissa ja onkogeeneissä, mikrosatelliitin epävakaudessa ja DNA-metylaatiossa, mikä osoitti, että kasvaimet vapauttavat ctDNA: n verenkiertoon.

Vaikka tiedämme, että kasvainsoluista peräisin oleva ctDNA kiertää veressä, tämän DNA: n alkuperä, vapautumisnopeus ja vapautumismekanismi ovat epäselviä, ja tutkimuksella saadaan ristiriitaisia ​​tuloksia. Jotkut tutkimukset osoittavat, että enemmän pahanlaatuisia kasvaimia on enemmän kuolleita syöpäsoluja ja vapauttaa enemmän ctDNA: ta. Jotkut tutkimukset viittaavat kuitenkin siihen, että kaikki solut vapauttavat ctDNA: ta. Kuitenkin näyttää todennäköiseltä, että syövän tuumorit vapauttavat veren ctDNA: n lisääntyneitä tasoja, mikä tekee ctDNA: sta hyvän syövän biomarkkerin.

Koska veressä on runsaasti fragmentoitumista ja alhaisia ​​pitoisuuksia, ctDNA: ta on vaikea eristää ja analysoida. Seerumin ja plasmanäytteiden välillä on ctDNA-konsentraatioiden ero.Näyttää siltä, ​​että veren seerumi veriplasman sijaan on parempi ctDNA: n lähde. Umetanin ja kollegojen tutkimuksessa todettiin, että ctDNA-pitoisuudet olivat plasmassa pysyvästi alhaiset verrattuna seerumiin mahdollisen verenkierrossa olevan DNA: n häviämisen aikana puhdistuksen aikana, koska koagulaatio ja muut proteiinit poistuvat näytteen valmistuksen aikana.

Heitzerin ja kollegojen mukaan tässä on joitakin erityisiä kysymyksiä, jotka on ratkaistava ctDNA: n diagnostisen potentiaalin hyödyntämiseksi:

"Ensinnäkin on välttämätöntä yhdenmukaistaa preanalyyttiset menetelmät…. Eristysmenetelmän valinta, joka takaa riittävän määrän korkealaatuista DNA: ta, on kriittinen ja on osoitettu, että verinäytteenoton ja käsittelyn preanalyyttiset tekijät voivat vaikuttaa voimakkaasti DNA: n saantoon. Toiseksi yksi tärkeimmistä kysymyksistä on kvantifiointimenetelmien yhdenmukaistamisen puuttuminen, erilaiset kvantifiointimenetelmät, … tuottavat erilaisia ​​tuloksia, koska nämä mittaukset kohdistuvat joko täydelliseen tai vain monistettavaan DNA: han… Kolmanneksi vähemmän tiedetään alkuperästä ja yksityiskohtaisesta ctDNA: n vapautumisen mekanismi ja useimmissa tutkimuksissa sekoittavat tapahtumat, jotka voivat myös vaikuttaa ctDNA: n vapautumiseen."

Kohdistetut ja kohdistamattomat lähestymistavat

Tällä hetkellä on olemassa kaksi pääasiallista lähestymistapaa, kun analysoidaan veriplasmaa (tai seerumia) ctDNA: lle. Ensimmäinen lähestymistapa on kohdennettu ja etsii tiettyjä kasvaimia osoittavia geneettisiä muutoksia. Toinen lähestymistapa on kohdistamaton, ja siihen sisältyy genomin laajuinen analyysi, jossa etsitään syöpää heijastavaa ctDNA: ta. Vaihtoehtoisesti exome-sekvensointia on käytetty kustannustehokkaampana, kohdentamattomana lähestymistavana. Exomes ovat DNA: n osia, jotka on transkriboitu proteiinin valmistamiseksi.

Kohdennettujen lähestymistapojen avulla seerumia analysoidaan tunnetuille geneettisille mutaatioille pienessä joukossa kuljettajamutaatioita. Kuljettajan mutaatiot viittaavat genomin mutaatioihin, jotka edistävät tai "ajavat" syöpäsolujen kasvua. Nämä mutaatiot sisältävät KRAS tai EGFR.

Viime vuosina tapahtuneen teknologisen kehityksen vuoksi on mahdollista toteuttaa kohdennettuja lähestymistapoja genomin analysoimiseksi pieniä määriä ctDNA: ta varten. Näihin tekniikoihin kuuluvat ARMS (amplifikaation tulenkestävä mutaatiojärjestelmä); digitaalinen PCR (dPCR); helmiä, emulsioita, monistusta ja magneettia (BEAMing); ja syvä sekvensointi (CAPP-Seq).

Vaikka tekniikassa on tapahtunut edistystä, joka tekee mahdolliseksi kohdennetun lähestymistavan, kohdennettu lähestymistapa kohdistuu vain muutamiin mutaatioiden asemiin (hotspotit) ja puuttuu paljon kuljettajan mutaatioita, kuten tuumorisuppressor geenejä.

Nestemäisen biopsian kohdentamattomien lähestymistapojen tärkein etu on, että niitä voidaan käyttää kaikissa potilailla, koska testi ei perustu toistuviin geneettisiin muutoksiin. Toistuvat geneettiset muutokset eivät kata kaikkia syöpiä eivätkä ole erityisiä syövän allekirjoituksia. Tästä lähestymistavasta puuttuu kuitenkin analyyttinen herkkyys ja kasvaingenomien kattava analyysi ei ole vielä mahdollista.

Huomattakoon, että koko genomin sekvensoinnin hinta on olennaisesti laskenut. Vuonna 2006 koko genomin sekvensointihinta oli noin 300 000 dollaria (USD). Vuoteen 2017 mennessä kustannukset olivat laskeneet noin 1000 dollariin (USD) per genomi, mukaan lukien reagenssit ja sekvensointikoneiden poistot.

Nestemäisen biopsian kliininen apuohjelma

Aluksi pyrittiin käyttämään ctDNA: ta diagnostisina ja verrattiin tasoja terveillä potilailla syöpäpotilaiden tai hyvänlaatuista tautia sairastavien potilaiden kanssa. Näiden ponnistelujen tulokset olivat sekoittuneet, ja vain muutamat tutkimukset osoittivat merkittäviä eroja, jotka osoittivat syöpää, taudista vapaata tilaa tai uusiutumista.

Syy, miksi ctDNA: ta voidaan käyttää vain jonkin aikaa syövän diagnosoimiseksi, on se, että ctDNA: n vaihtelevat määrät ovat peräisin kasvaimista. Kaikki tuumorit eivät ”irtoa” DNA: ta samassa määrässä. Yleensä kehittyneemmät, levinneet tuumorit levittivät enemmän DNA: ta verenkiertoon kuin varhaisessa vaiheessa, paikalliset kasvaimet. Lisäksi erilaiset kasvaintyypit levittivät erilaisia ​​määriä DNA: ta verenkiertoon. Kasvista peräisin olevan kiertävän DNA: n osuus on laajasti vaihtelevaa tutkimuksissa ja syöpätyypeissä, jotka vaihtelevat välillä 0,01% - 93%. On tärkeää huomata, että yleensä vain pieni osa ctDNA: sta on peräisin tuumorista, loput siitä tulee normaaleista kudoksista.

Verenkierrossa olevaa DNA: ta voitaisiin käyttää sairauden ennustavana markkerina. Verenkierrossa olevaa DNA: ta voitaisiin käyttää syövän muutosten seuraamiseen ajan mittaan. Esimerkiksi yksi tutkimus osoitti, että kaksivuotinen eloonjäämisaste potilailla, joilla oli kolorektaalinen syöpä (ts. Potilaiden lukumäärä, joka oli vielä elossa vähintään kaksi vuotta sen jälkeen, kun se oli diagnosoitu kolorektaalisyöpään) ja KRAS Hotspot-mutaatiot olivat 100 prosenttia niissä, joilla ei ollut todisteita vastaavasta kiertävästä DNA: sta. Lisäksi on mahdollista, että lähitulevaisuudessa verenkierrossa olevaa DNA: ta voidaan käyttää syöpälääkkeiden seurantaan.

Verenkierrossa olevaa DNA: ta voitaisiin käyttää myös hoitovasteen seurantaan. Koska kiertävä DNA tuottaa parempaa kokonaiskuvaa kasvainten geneettisestä koostumuksesta, tämä DNA sisältää todennäköisesti diagnostista DNA: ta, jota voidaan käyttää tuumoreista itse saavutetun diagnostisen DNA: n sijasta.

Katsokaamme nyt joitakin erityisiä esimerkkejä nestemäisestä biopsiasta.

Guardant360

Guardant Health kehitti testin, jossa käytetään seuraavan sukupolven sekvensointia kiertävän DNA: n profiloimiseksi 73 syöpään liittyvän geenin mutaatioita ja kromosomien uudelleenjärjestelyjä varten. Guardant Health julkaisi tutkimuksen nestemäisen biopsian hyödyllisyydestä onkologiassa. Tutkimuksessa käytettiin verinäytteitä 15 000 potilaasta, joilla oli yhdistetty 50 kasvaintyyppiä.

Suurimmaksi osaksi nestemäisen biopsian kokeen tulokset kohdistuivat kasvainbiopsioissa havaittuihin geenimuutoksiin.

NIH: n mukaan:

"Guardant360 tunnisti samat kriittiset mutaatiot tärkeissä syöpään liittyvissä geeneissä EGFR, BRAF, KRAS, ja PIK3CA taajuuksilla, jotka ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin mitä aiemmin oli tunnistettu kasvaimen biopsianäytteissä, tilastollisesti korreloivat 94 - 99%."

Lisäksi NIH: n mukaan tutkijat ilmoittivat seuraavista:

"Tutkimuksen toisessa osassa tutkijat arvioivat lähes 400 potilasta - joista useimmilla oli keuhko- tai paksusuolen syöpä - joilla oli sekä veren ctDNA: n että kasvainkudoksen DNA-tulokset ja verrattiin genomien muutosten malleja. biopsia verrattuna kasvainbiopsian analyysien tuloksiin oli 87%, tarkkuus nousi 98%: iin, kun veri ja kasvaimen näytteet kerättiin 6 kuukauden kuluessa toisistaan."

Guardant360 oli tarkka, vaikka verenkierrossa olevan DNA: n tasot olivat alhaiset. Usein kiertävä kasvain-DNA koostui vain 0,4 prosentista veressä olevasta DNA: sta.

Kaiken kaikkiaan, käyttämällä nestemäistä biopsiaa, Guardant-tutkijat pystyivät tunnistamaan kasvaimen markkerit, jotka voivat ohjata lääkärin hoitoa 67 prosentilla potilaista. Nämä potilaat olivat oikeutettuja FDA: n hyväksymiin hoitoihin ja tutkimusterapioihin.

ctDNA ja keuhkosyöpä

Vuonna 2016 FDA hyväksyi cobas EGFR: n mutaatiotestin, jota käytettiin EGFR keuhkosyöpää sairastavien potilaiden mutaatioita. Tämä testi oli ensimmäinen FDA: n hyväksymä nestemäinen biopsia ja yksilöi potilaat, jotka voivat olla kohdennettuja hoitoja käyttäen erlotiniibia (Tarceva), afatiniibia (Gilotrif) ja gefitinibiä (Iressa) ensimmäisenä hoitona, ja osimeritinibiä (Tagrisso) toisen linjan hoito. Nämä kohdennetut hoitomuodot hyökkäävät syöpäsoluja erityisellä EGFR mutaatioita.

Tärkeää on, että FDA suosittelee, että väärien negatiivisten tulosten suuren lukumäärän vuoksi kudosbiopsianäyte otetaan myös potilaalta, jolla on negatiivinen nestemäinen biopsia.

ctDNA ja maksasyöpä

Maksasyövän kuolleiden määrä on lisääntynyt viimeisten 20 vuoden aikana. Tällä hetkellä maksasyöpä on toiseksi suurin syöpäkuolemisen syy maailmassa. Ei ole olemassa hyviä biomarkkereita maksan tai hepatosellulaarisen (HCC) syövän havaitsemiseksi ja analysoimiseksi. Verenkierrossa oleva DNA voi olla hyvä biomarkkeri maksasyövälle.

Harkitse seuraavaa Lagbaa- ja co-author-lainausmerkkejä mahdollisuudesta käyttää kiertävää DNA: ta maksasyövän diagnosoimiseksi:

"RASSF1A: n, p15: n ja p16: n hypermetylointia on ehdotettu varhaisiksi diagnostisiksi työkaluiksi retrospektiivisessä tutkimuksessa, johon sisältyi 50 HCC-potilasta. Neljän poikkeavasti metyloituneen geenin (APC, GSTP1, RASSF1A ja SFRP1) allekirjoitus testattiin myös diagnostisen tarkkuuden suhteen. RASSF1A: n metylaatio ilmoitettiin ennustavana biomarkkerina, ja myöhemmissä tutkimuksissa analysoitiin ctDNA: ta HCC-potilailla, jotka käyttivät syviä sekvensointiteknologioita …. Hämmästyttävästi havaittiin kaksi poikkeavaa DNA-kopiolukua kahdessa HBV-kantajassa ilman aikaisempaa HCC-historiaa verikokouksen aikana, mutta joka kehitti HCC: tä seurannan aikana. Tämä havainto avasi oven arvioida kopiomäärän vaihtelua ctDNA: ssa seulontavälineenä HCC: n varhaiselle havaitsemiselle."

Sana DipHealthistä

Nestemäiset biopsiot ovat jännittävä uusi lähestymistapa genomiseen diagnoosiin. Tällä hetkellä lääkäreille on saatavilla tiettyjä nestemäisiä biopsioita, jotka tarjoavat kattavan molekyyliprofiilin, täydentämään kudosbiopsiasta saatuja geneettisiä tietoja. On myös tiettyjä nestemäisiä biopsioita, joita voidaan käyttää kudosbiopsian sijasta, kun kudosbiopsiat eivät ole käytettävissä.

On tärkeää muistaa, että monet nestemäiset biopsiatutkimukset ovat parhaillaan käynnissä, ja tämän tutkimuksen terapeuttisen hyödyllisyyden parantamiseksi on tehtävä enemmän tutkimusta.