Течните биопсии използват кръвна, а не туморна тъкан - за диагностициране на рака
Обикновено, туморите се изследват с използване на тъканни биопсии. Малка проба се взема от тумора и се генотипира или се анализира за генетичен грим. Проблемът с този подход е, че биопсия на тумори може да бъде предизвикателство. Освен това туморната биопсия осигурява само моментна снимка на тумора.
Писане в Discovery Medicine през 2015 г. Labgaa и съавтори заявяват следното за конвенционалната туморна биопсия:
По очевидни причини е трудно да се следи развитието на тумора чрез последователни биопсии. Също така, биопсията отразява само едно петно от тумора и следователно е малко вероятно да представлява целия спектър от соматични мутации при големи тумори. Една алтернатива би била да се получат множество биопсии за същия тумор, но този вариант не изглежда нито реалистичен, нито точен.
Течната биопсия включва измерване на циркулираща ДНК (ctDNA) и други туморни странични продукти в кръвни проби, получени от пациенти с рак. Този възникващ диагностичен подход обещава да бъде бърз, неинвазивен и рентабилен.
История на течна биопсия
През 1948 г. Мандел и Метаис, чифт френски изследователи, първо идентифицирали ctDNA в кръвта на здрави хора. Това откритие е било преди своето време и едва десетилетия по-късно ctDNA бе проучена.
През 1977 г. Леон и колегите първо идентифицираха повишени количества ctDNA в кръвта на пациенти с рак.
До 1989 г. Stroun и колегите идентифицират неопластични (т.е. ракови) характеристики в кръвта. След тези открития няколко други групи идентифицираха специфични мутации в туморни супресори и онкогени, микросателитна нестабилност и метилиране на ДНК, което доказва, че ctDNA се освобождава в кръвообращението чрез тумори.
Въпреки че знаем, че ctDNA, получена от туморни клетки, циркулира в кръвта, произходът, скоростта на освобождаване и механизмът на освобождаване на тази ДНК са неясни, като изследванията водят до противоречиви резултати. Някои изследвания показват, че повече злокачествени тумори съдържат повече мъртви ракови клетки и освобождават повече ctDNA. Някои изследвания обаче показват, че всички клетки освобождават ctDNA. Въпреки това, изглежда, че раковите тумори освобождават повишени нива на ctDNA в кръвта, което прави ctDNA добър биомаркер на рака.
Поради тежката фрагментация и ниските концентрации в кръвта, ctDNA е трудно да се изолира и анализира. Има несъответствие между концентрациите на ctDNA между серумните и плазмените проби. Изглежда, че кръвният серум, вместо кръвната плазма, е по-добър източник на ctDNA. В проучване на Umetani et al., Се установява, че концентрациите на ctDNA са постоянно ниски в плазмата в сравнение със серума поради възможна загуба на циркулираща ДНК по време на пречистването, тъй като коагулацията и другите протеини се елиминират по време на приготвянето на пробите.
Според Heitzer и колегите, тук са някои специфични въпроси, които трябва да бъдат решени, за да се впрегне диагностичния потенциал на ctDNA:
Първо, трябва да се стандартизират предварително аналитичните процедури .... Изборът на метод за изолиране, който осигурява екстракция на достатъчно количество висококачествена ДНК, е от решаващо значение и е доказано, че преаналитичните фактори за вземане на проби и обработка на кръв могат силно да повлияят на добива на ДНК .... Второ, един от най-важните въпроси е липсата на хармонизация на методите за количествено определяне. Различните методи за количествено определяне, ... произвеждат различни резултати, защото тези измервания са насочени или към обща, или само към амплифицируема ДНК ... Трето, по-малко се знае за произхода и подробния механизъм на освобождаване на ctDNA и в повечето проучвания се смесват събития, които също могат да допринесат за освобождаването на ctDNA.
Целеви и ненасочени подходи
Понастоящем има два основни подхода при анализа на кръвната плазма (или серума) за ctDNA. Първият подход е насочен и търси специфични генетични промени, индикатор за тумори. Вторият подход е нецелеви и включва анализ на генома, търсещ ctDNA, отразяваща рака. Алтернативно, се използваше последователността на езома като по-рентабилен, ненасочен подход. Езомите са части от ДНК, които са транскрибирани, за да произведат протеин.
С целеви подходи серумът се анализира за известни генетични мутации в малък набор от мутации на водача.
Шофьорските мутации се отнасят до мутации в генома, които стимулират или "стимулират" растежа на раковите клетки. Тези мутации включват KRAS или EGFR .
Поради технологичния напредък през последните години, целеви подходи към анализа на генома за малки количества ctDNA са станали осъществими. Тези технологии включват ARMS (система за рефрактерна мутация на усилване); цифрова PCR (dPCR); гранули, емулсии, усилване и магнити (BEAMing); и дълбоко секвениране (CAPP-Seq).
Въпреки че има напредък в технологиите, които правят целевия подход възможно, целевият подход е насочен само към няколко позиции на мутации (горещи точки) и пропуска множество мутации на водача, като гени за потискане на тумори.
Основната полза от нецелеви подходи към течната биопсия е, че те могат да се използват при всички пациенти поради факта, че тестът не се основава на повтарящи се генетични промени. Повтарящите се генетични промени не обхващат всички видове рак и не са специфични подписи за рак. Независимо от това, този подход няма аналитична чувствителност и цялостният анализ на туморни геноми все още не е възможен.
За отбелязване е, че цената на последователността на целия геном е намаляла значително. През 2006 г. цената на последователността на целия геном е била приблизително 300 000 долара. До 2017 г. цената е спаднала до приблизително $ 1,000 (USD) на геном, включително реагенти и амортизацията на машините за последователност.
Клинична полза при течна биопсия
Първоначалните усилия за използване на ctDNA са диагностични и сравнени нива при здрави пациенти с тези на раковите пациенти или тези с доброкачествено заболяване. Резултатите от тези усилия са смесени, като само някои проучвания показват значителни разлики, показващи рак, състояние без заболяване или рецидив.
Причината, поради която ctDNA може да се използва само за известно време за диагностициране на рак, се дължи на това, че променливи количества от ctDNA са получени от тумори. Не всички тумори "хвърлят" ДНК в същото количество. По принцип, по-напредналите широко разпространени тумори отнемат повече ДНК в кръвообращението, отколкото ранните локализирани тумори. Освен това, различни типове тумори отделят различни количества ДНК в кръвообращението. Фракцията на циркулиращата ДНК, която се получава от тумора, е широко променлива в изследванията и типовете рак, вариращи от 0,01% до 93%. Важно е да се отбележи, че по принцип само малка част от ctDNA произлиза от тумора, а останалата част от него идва от нормални тъкани.
Циркулиращата ДНК може да се използва като прогностичен маркер на болестта. Циркулиращата ДНК може да се използва за проследяване на промените в рака с течение на времето. Например, едно проучване показа, че двугодишната честота на преживяемост при пациенти с колоректален карцином (т.е. броят на пациентите, които са живи най-малко две години след диагностицирането с колоректален карцином) и горещите точки на KRAS мутации е 100% при тези без доказателства за съответната циркулираща ДНК. Освен това, възможно е в близко бъдеще да се използва циркулираща ДНК за проследяване на преканцерозни лезии.
Циркулиращата ДНК може също да се използва за мониторинг на отговора на терапията. Тъй като циркулиращата ДНК предлага по-добра цялостна картина на генетичния състав на туморите, тази ДНК вероятно съдържа диагностична ДНК, която може да се използва вместо диагностична ДНК, получена от самите тумори.
Сега, нека да разгледаме някои конкретни примери за течна биопсия.
Guardant360
Guardant Health разработи тест, който използва секвениране от следващо поколение на профилна циркулираща ДНК за мутации и хромозомни пренареждания за 73 свързани с рака гени. Guardant Health публикува проучване, съобщаващо ползата от течна биопсия в онкологията. Проучването използва кръвни проби от 15 000 пациенти с комбинирани 50 вида тумори.
В по-голямата си част резултатите от теста за течна биопсия са в съответствие с генните изменения, наблюдавани при туморните биопсии.
Според NIH:
Guardant360 идентифицира същите критични мутации при важни свързани с рака гени като EGFR, BRAF, KRAS и PIK3CA при честоти, много подобни на тези, които преди това са били идентифицирани в проби от туморната биопсия, статистически корелиращи до 94% до 99%.
Освен това, според НИХ изследователите съобщават следното:
Във втория компонент на изследването изследователите оценяват близо 400 пациенти - повечето от тях са имали белодробен или колоректален рак - които са имали налични данни за кръвна ctDNA и туморна тъкан ДНК и са сравнявали моделите на геномни промени. Общата точност на течната биопсия в сравнение с резултатите от анализите на туморната биопсия е била 87%. Точността се е увеличила до 98%, когато кръвните и туморните проби са били събрани в рамките на 6 месеца един от друг.
Guardant360 е точно, въпреки че нивата на циркулиращата ДНК в кръвта са ниски. Често циркулиращата туморна ДНК съдържа само 0.4% от ДНК в кръвта.
Като цяло, използвайки течна биопсия, изследователите на Guardant са успели да идентифицират туморни маркери, които биха могли да насочат лечението на лекарите при 67% от пациентите. Тези пациенти са имали право на одобрени от FDA лечения, както и на терапевтични лечения.
ctDNA и рак на белия дроб
През 2016 г. FDA одобри теста за мутация на EGFR cobas, който ще се използва за откриване на мутации на EGFR в циркулиращата ДНК на пациенти с рак на белия дроб. Това изследване е първата одобрена от FDA течна биопсия и идентифицира пациенти, които могат да бъдат кандидати за лечение с целеви терапии, използващи ерлотиниб (Tarceva), афатиниб (Gilotrif) и гефитиниб (Iressa) като първа линия лечение и osimeritinib (Tagrisso) лечение на втора линия. Тези целеви терапии атакуват ракови клетки със специфични мутации на EGFR .
Важно е, че поради големия брой фалшиво отрицателни резултати, FDA препоръчва вземането на проба от тъканна биопсия също да се вземе от пациент, който има отрицателна течна биопсия.
ctDNA и рак на черния дроб
Броят на хората, умиращи от рак на черния дроб, се е увеличил през последните 20 години. В момента ракът на черния дроб е втората водеща причина за смъртта на рака в света. Няма добри биомаркери за откриване и анализ на чернодробни или хепатоцелуларни (НСС), рак. Циркулиращата ДНК може да бъде добър биомаркер за рак на черния дроб.
Обмислете следното цитирано от Lagbaa и съавтори относно потенциала за използване на циркулираща ДНК за диагностициране на рак на черния дроб:
Хиперметилиране на RASSF1A, p15 и p16 са предложени като ранни диагностични средства в ретроспективно проучване, включващо 50 пациенти с HCC. Подписването на четири аберантно метилирани гени (APC, GSTP1, RASSF1A и SFRP1) също беше тествано за диагностична точност, докато метилирането на RASSF1A беше докладвано като прогностичен биомаркер. Следващите проучвания анализират ctDNA при пациенти с НСС, използващи технологиите за дълбоко секвениране .... Очевидно са открити анормални ДНК копия в два HBV носителя без предишна история на HCC по време на събирането на кръв, но които развиват НСС по време на проследяването. Тази находка отвори вратата за оценка на вариациите в броя на копията в ctDNA като скринингов инструмент за ранно откриване на HCC.
Словото от
Течните биопсии са нов вълнуващ подход към геномната диагноза. Понастоящем някои лечебни биопсии, които предлагат изчерпателно молекулно профилиране, са на разположение на лекарите, за да допълнят генетичната информация, получена от тъканната биопсия. Съществуват и някои течни биопсии, които могат да се използват вместо тъканна биопсия - когато не са налични тъканни биопсии.
Важно е да имате предвид, че в момента текат много течни тестове за биопсия и трябва да се направят още изследвания, за да се уточнят терапевтичната полза от тази намеса.
> Източници:
> Кръвен тест за генетични промени в туморите показва обещание като алтернатива на туморната биопсия. NIH.
> Heitzer Е, Ulz Р, Geigl JB. ДНК на циркулиращия тумор като течна биопсия за рак. Клинична химия. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Течна биопсия при рак на черния дроб. Дискавъри Медицина. 2015; 19 (105): 263-73.
> Течна биопсия: Използване на ДНК в кръвта за откриване, проследяване и лечение на рак. NIH.
> Umetani N, et al. По-голямото количество свободна циркулираща ДНК в серума, отколкото в плазмата, не е причинено главно от заразена външна ДНК по време на отделянето. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein А. Общи принципи във фармакотерапията на рака. В: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. ред. Goodman & Gilman's: The Pharmacological Basis of Therapeutics, 13e Ню Йорк, NY: McGraw-Hill.