Nestemäiset biopsiat käyttävät veri-ei kasvainkudosta syövän diagnosointiin
Tyypillisesti kasvaimia tutkitaan käyttäen kudosbiopsioita. Pieni näyte otetaan kasvaimesta ja genotyyppiin tai analysoidaan geneettiseen koostumukseen. Tämän lähestymistavan ongelma on se, että biopsia kasvaimet voivat olla haastavia. Lisäksi kasvainbiopsi tarjoaa vain tilannekuvan kasvaimesta.
Kirjoittaessaan Discoverylääketieteessä vuonna 2015, Labgaa ja kirjoittajat kertovat seuraavista tavanomaisista kasvainbiopsia:
Ilmeisistä syistä on vaikea seurata kasvaimen kehitystä peräkkäisillä biopsiateilla. Myös biopsia peittää vain yhden kasvainpaikan, joten se ei todennäköisesti edusta koko somaattisten mutaatioiden spektriä suurissa kasvaimissa. Vaihtoehtona olisi saada useita biopsioita samalle kasvaimelle, mutta tämä vaihtoehto ei näytä olevan realistista eikä tarkkaa.
Nestebiopsiin kuuluu kiertävän DNA: n (ctDNA) ja muiden kasvaimen sivutuotteiden mittaus syöpäpotilailta saaduista verinäytteistä. Tämä uusi diagnostinen lähestymistapa lupaa olevan nopeaa, ei-invasiivista ja kustannustehokasta.
Nestemäisen biopsian historia
Vuonna 1948 Mandel ja Métais ranskalaiset tutkijat tunnistivat ensimmäisen kerran ctDNA: n terveiden ihmisten veressä. Tämä keksintö oli aikansa edellä, ja vasta vuosikymmeniä myöhemmin ctDNA tutkittiin edelleen.
Vuonna 1977 Leon ja kollegat tunnistivat ensimmäisen kerran suurempia määriä ctDNA: ta syöpäpotilaiden veressä.
Vuoteen 1989 mennessä Stroun ja kollegat identifioivat neoplastisia (eli syöpä) ominaisuuksia veressä. Näiden löydösten jälkeen useat muut ryhmät identifioivat spesifisiä mutaatioita kasvainsuppressoreissa ja onkogeneissa, mikrosatelliittista epävakautta ja DNA: n metylaatiota, mikä osoitti, että kasvaimilla vapautuu ctDNA: n liikkeeseen.
Vaikka tiedämme, että kasvainsoluista peräisin oleva ctDNA kiertää veressä, tämän DNA: n alkuperää, vapautumisnopeutta ja vapautumismekanismia ei ole selvää, ja tutkimustulokset aiheuttavat ristiriitaisia tuloksia. Jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että useammat pahanlaatuiset kasvaimet sisältävät enemmän kuolleita syöpäsoluja ja vapauttavat enemmän ctDNA: ta. Kuitenkin jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että kaikki solut vapauttavat ctDNA: n. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että syöpää aiheuttavat kasvaimet vapauttavat veren lisääntyneen ctDNA: n tasot, mikä tekee ctDNA: sta hyvän syövän biomarkkerin.
Raskasta pirstoutumista ja alhaisia pitoisuuksia veressä ctDNA: ta on vaikea eristää ja analysoida. Seerumin ja plasmanäytteiden väliset ctDNA-pitoisuudet eroavat toisistaan. Vaikuttaa siltä, että verta seerumin sijasta veriplasma on parempi ctDNA: n lähde. Umetani ja hänen kollegoidensa tutkimuksessa ctDNA-konsentraatioiden havaittiin olevan plasman johdonmukaisesti alhaisia verrattuna seerumiin, mikä johtuu mahdollisesti kiertävän DNA: n menetyksestä puhdistuksen aikana, kun hyytymistekijä ja muut proteiinit poistetaan näytteenvalmistuksessa.
Heitzerin ja kollegoiden mukaan tässä on eräitä erityiskysymyksiä, jotka on ratkaistava hyödyntämään ctDNA: n diagnostisia mahdollisuuksia:
Ensinnäkin esanalyyttiset menettelyt on standardoitava .... Eristysmenetelmän valinta, joka takaa riittävän määrän korkealaatuista DNA: ta, on kriittinen ja on osoitettu, että verinäytteenotto- ja käsittelyn esanalyyttiset tekijät voivat vaikuttaa voimakkaasti DNA: n saantoon .... Toiseksi yksi tärkeimmistä kysymyksistä on määrällisten menetelmien yhdenmukaistamisen puute. Erilaiset kvantitointimenetelmät, ... tuottavat erilaisia tuloksia, koska nämä mittaukset kohdistuvat joko täydelliseen tai vain monistettavaan DNA: han .... Kolmanneksi, tiedetään vähemmän ctDNA: n vapautumisen alkuperästä ja yksityiskohtaisesta mekanismista, ja useimmissa tutkimuksissa sekoitetaan tapahtumia, jotka voivat myös vaikuttaa ctDNA: n vapautumiseen.
Kohdistetut tai kohdistamattomat lähestymistavat
Tällä hetkellä on olemassa kaksi pääasiallista lähestymistapaa, kun analysoidaan ctDNA: n veriplasmaa (tai seerumia). Ensimmäinen lähestymistapa on kohdennettu ja etsii tiettyjä geneettisiä muutoksia, jotka osoittavat kasvaimia. Toinen lähestymistapa on kohdentamaton ja siihen liittyy genominlaajuinen analyysi, joka etsii syöpään heijastavaa ctDNA: ta. Vaihtoehtoisesti eksome-sekvensointia on käytetty kustannustehokkaammaksi, kohdentamattomammaksi lähestymistavaksi. Tulot ovat DNA: n osia, jotka transkriboidaan tuottamaan proteiinia.
Tarkennetuilla lähestymistavoilla seerumi analysoidaan tunnetuille geneettisille mutaatioille pienessä joukossa kuljettajan mutaatioita.
Driver-mutaatiot viittaavat genomiin mutaatioihin, jotka edistävät tai "ajaavat" syöpäsolujen kasvua. Näihin mutaatioihin kuuluvat KRAS tai EGFR .
Viime vuosien teknologisen kehityksen takia kohdennetut lähestymistavat genomin analyysiin pienien ctDNA-määrien osalta ovat tulleet toteuttamiskelpoisiksi. Näihin tekniikoihin sisältyy ARMS (monistustulkeva mutaatiojärjestelmä); digitaalinen PCR (dPCR); helmet, emulsiot, vahvistus ja magneetti (BEAMing); ja syvä sekvensointi (CAPP-Seq).
Vaikka tekniikan kehitys on mahdollistanut kohdennetun lähestymistavan mahdollisuuden, kohdennettu lähestymistapa kohdistuu vain muutamiin mutaatioihin (hotspotit) ja häviää paljon kuljettajan mutaatioita, kuten kasvainsuppressorigeenejä.
Tärkein etu nestemäisessä biopsiaan kohdistamattomissa lähestymistavoissa on se, että niitä voidaan käyttää kaikissa potilailla, koska testi ei perustu toistuviin geneettisiin muutoksiin. Toistuvat geneettiset muutokset eivät kata kaikkia syöpiä eivätkä ole erityisiä syöpäserkintöjä. Tämä lähestymistapa puuttuu kuitenkin analyyttisestä herkkyydestä ja kattavan genomien analysointi ei ole vielä mahdollista.
Huomaa, että koko genomin sekvensointihinta on laskenut merkittävästi. Vuonna 2006 koko genomin sekvensointihinta oli noin 300 000 dollaria (USD). Vuoteen 2017 mennessä kustannukset olivat laskeneet noin 1 000 dollariin (USD) per genomi, mukaan lukien reagenssit ja sekvensointikoneiden poistot.
Nestemäisen biopsian kliininen käyttökelpoisuus
Ensimmäiset ponnistelut ctDNA: n käyttämiseksi olivat diagnostisia ja vertailivat tasoja terveillä potilailla syöpäpotilaiden tai hyvänlaatuisen sairauden potilailla. Näiden ponnistelujen tulokset sekaantuivat, sillä vain osa tutkimuksista osoitti merkittäviä eroja, jotka osoittavat syöpää, taudista vapaata tilannetta tai relapsiä.
Syy, miksi ctDNA: ta voidaan käyttää vain vähän aikaa syövän diagnosointiin, koska vaihtelevat määrät ctDNA: sta on peräisin kasvaimista. Kaikki kasvaimet eivät "irtoa" DNA: ta samassa määrin. Yleisesti ottaen kehittyneemmät, yleistyneet kasvaimet tuovat enemmän DNA: ta liikkeeseen kuin aikaisemmat, paikalliset kasvaimet. Lisäksi erilaiset tuumorityypit irrottavat eri määriä DNA: ta liikkeeseen. Kasvaimesta peräisin olevan kiertävän DNA: n osuus vaihtelee suuresti eri tutkimuksissa ja syöpätyypeissä, jotka vaihtelevat välillä 0,01 - 93%. On tärkeää huomata, että yleensä vain pieni osa ctDNA: sta on peräisin kasvaimesta, loput siitä tulee normaaleista kudoksista.
Kiertävää DNA: ta voitaisiin käyttää taudin prognostisena markkerina. Kiertävää DNA: ta voitaisiin käyttää seuraamaan syöpään liittyviä muutoksia ajan myötä. Esimerkiksi eräs tutkimus osoitti, että kahden vuoden eloonjäämisnopeus potilailla, joilla oli kolorektaalinen syöpä (eli vähintään kahden vuoden ajan diagnoosin jälkeen paksusuolen syöpä) ja KRAS- hotspot-mutaatiot olivat 100 prosenttia niillä, joilla ei ollut näyttöä vastaavaa kiertävää DNA: ta. Lisäksi on mahdollista, että lähitulevaisuudessa kiertävää DNA: ta voidaan käyttää ennalta ehkäisevien vaurioiden seuraamiseksi.
Kiertävää DNA: ta voitaisiin myös käyttää hoidon vasteen seuraamiseen. Koska kiertävä DNA tarjoaa hyvän kokonaiskuvan kasvainten geneettisestä koostumuksesta, tämä DNA todennäköisesti sisältää diagnostisen DNA: n, jota voidaan käyttää diagnostisen DNA: n sijaan itse kasvaimista.
Katsotaan nyt joitain konkreettisia esimerkkejä nestemäisestä biopsiasta.
Guardant360
Guardant Health kehitti testin, joka käyttää seuraavan sukupolven sekvensointia profiilin kiertävään DNA: han mutaatioiden ja kromosomaalisten uudelleenjärjestelyjen suhteen 73 syöpään liittyvälle geenille. Guardant Health julkaisi tutkimuksen, joka ilmoitti nestemäisen biopsian hyödyllisyydestä onkologiassa. Tutkimuksessa käytettiin verinäytteitä 15 000 potilaasta, joilla oli yhdistetty 50 tuumorityyppiä.
Suurin osa tuloksista nestemäisestä biopsia-testistä, joka on kohdistettu geenin muutoksiin, jotka havaittiin kasvainbiopsiateissa.
NIH: n mukaan:
Guardant360 tunnisti samoja kriittisiä mutaatioita tärkeissä syöpää aiheuttavissa geeneissä, kuten EGFR, BRAF, KRAS ja PIK3CA taajuuksilla, jotka olivat hyvin samankaltaisia kuin aiemmin oli tunnistettu kasvainbiopsianäytteissä , tilastollisesti korreloi 94-99 %: iin.
Lisäksi NIH: n mukaan tutkijat ilmoittivat seuraavaa:
Tutkimuksen toisessa osassa tutkijat arvioivat lähes 400 potilasta, joista suurin osa oli keuhko- tai kolorektaalisyöpää, joilla oli sekä veri-ctDNA- että tuumorikudos-DNA-tulokset ja verrattu genomisten muutosten rakenteisiin. Nestemäisen biopsian kokonaisestetieto verrattuna tuumoribiopsian analyysien tuloksiin oli 87%. Tarkkuus kasvoi 98 prosenttiin, kun veri- ja kasvaimenäytteet kerättiin 6 kuukauden kuluessa toisistaan.
Guardant360 oli tarkka, vaikka verenkierron DNA-tasot olivat alhaiset. Usein kerääntynyt kasvain-DNA muodosti vain 0,4 prosenttia DNA: sta veressä.
Kaiken kaikkiaan käyttämällä nestemäistä biopsiaa Guardant-tutkijat pystyivät tunnistamaan kasvainmarkkereita, jotka voisivat ohjata lääkäreiden hoitoa 67 prosentilla potilaista. Nämä potilaat olivat oikeutettuja FDA: n hyväksymiin hoitoihin sekä tutkimushoitoihin.
ctDNA ja keuhkosyöpä
Vuonna 2016 FDA hyväksyi cobas EGFR -mutaatiotestin, jota käytetään keuhkosyöpäpotilaiden kiertävän DNA: n EGFR- mutaatioiden havaitsemiseen. Tämä testi oli ensimmäinen FDA: n hyväksymä nestemäinen biopsia ja tunnistetut potilaat, jotka saattavat olla ehdokkaita kohdennetusta terapiasta, käyttäen erlotinibia (Tarceva), terminaali (Gilotrif) ja gefitinibi (Iressa) ensimmäisen linjan hoitona ja osimeritinibi (Tagrisso) toisen linjan hoito. Nämä kohdennetut hoidot hyökkäävät syöpäsoluihin spesifisillä EGFR- mutaatioilla.
Merkittävää, koska vääriä negatiivisia tuloksia on paljon, FDA suosittelee, että kudosbiopsianäytettä otetaan myös potilasta, jolla on negatiivinen nestemäinen biopsia.
ctDNA ja maksasyöpä
Maksasyövän kuolleiden määrä on lisääntynyt viimeisten 20 vuoden aikana. Tällä hetkellä maksasyöpä on toiseksi suurin syyvaurion syy maailmassa. Maksan tai hepatosellulaarisen (HCC), syövän havaitsemiseen ja analysointiin ei ole olemassa hyviä biomarkkereita. Kiertävä DNA voi olla hyvä biomarkkeri maksasyövälle.
Harkitse seuraavia lainauksia Lagbaalta ja yhteistyössä kirjoittajilta potilailla, jotka käyttävät kiertävää DNA: ta maksasyövän diagnosoimiseen:
RASSF1A: n, p15: n ja p16: n hypermetylaatiota on ehdotettu varhaisdiagnostiikkavälineinä retrospektiivisessa tutkimuksessa, johon sisältyi 50 HCC-potilasta. Lisäksi testattiin neljän poikkeuksellisesti metyloidun geenin (APC, GSTP1, RASSF1A ja SFRP1) allekirjoitus diagnostiseen tarkkuuteen, kun taas RASSF1A: n metylointi ilmoitettiin prognostisena biomarkkerina. Seuraavat tutkimukset analysoivat ctDNA: ta HCC-potilailla, jotka käyttivät syväsekvensointitekniikoita. Huomattavasti poikkeavat DNA-kopioluvut havaittiin kahdessa HBV-kantaja-aineessa ilman HCC: n aikaisempaa historiaa verenkeräyksen hetkellä, mutta jotka kehittivät HCC: tä seurannan aikana. Tämä havainto avasi oven arvioidakseen kopioluvun vaihtelun ctDNA: ssa seulontatyökaluna varhaisen HCC-detektoinnin varalta.
Word From
Nestemäiset biopsiat ovat jännittävä uusi lähestymistapa genomiikkaan. Tällä hetkellä tietyt nestemäiset biopsiat, jotka tarjoavat kattavaa molekyyliprofiilia, ovat lääkäreiden käytettävissä kudosbiopsian tuottamien geneettisten tietojen täydentämiseksi. On myös tiettyjä nestemäisiä biopsioita, joita voidaan käyttää kudosbiopsian sijasta, kun kudosbiopsiat eivät ole käytettävissä.
On tärkeää muistaa, että monia nestemäisiä biopsia-kokeita on parhaillaan käynnissä ja tutkimusta on tehtävä lisäämään tämän toimenpiteen terapeuttista hyötyä.
> Lähteet:
> Verenmääritys tuumoreiden geneettisissä muutoksissa osoittaa lupauksen vaihtoehtoisena kasvaimen biopsiaan. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Kiertävä kasvain-DNA syövän nestemäiseksi biopsiksi. Kliininen kemia. 2015; 61: 112-123. doi: 10,1373 / clinchem.2014,222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Nestemäinen biopsia maksasyövässä. Discovery Medicine. 2015; 19 (105): 263-73.
> Nestemäinen biopsia: DNA: n käyttäminen veressä, syövän havaitseminen, seuranta ja hoitaminen. NIH.
> Umetani N, et ai. Suuremman vapaata kiertävää DNA: ta seerumissa kuin plasmassa ei johdu pääasiassa saastuneesta ulkomaisesta DNA: sta erottamisen aikana. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Yleiset periaatteet syövän farmakologisessa hoidossa. In: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. toim. Goodman & Gilman: Therapeutics Farmakologinen perusta, 13e New York, NY: McGraw-Hill.