Vedelate biopsiatega kasutatakse vere-mitte kasvajakudet, et diagnoosida vähki
Tüüpiliselt uuritakse kasvajaid kudede biopsiaga. Väike proov võetakse kasvajast ja genotüpiseeritakse või analüüsitakse geneetilise meigiga. Sellise lähenemisviisi probleemiks on see, et kasvajate biopsia võib olla keeruline. Lisaks sisaldab kasvaja biopsia ainult kasvaja hetkepilti.
Discovery Medicines kirjutades 2015. aastal, avaldavad Labgaa ja kaasautorid tavapärase kasvaja biopsia kohta järgmist:
Ilmsetel põhjustel on raske jälgida kasvaja arengut järjestikuste biopsiatega. Samuti kajastub biopsia ainult kasvaja ühes kohas ja seetõttu ei ole tõenäoline, et see esindaks tervete somaatiliste mutatsioonide spektrit suurtes tuumorites. Alternatiiviks oleks sama kasvaja jaoks mitme biopsia saamine, kuid see võimalus ei tundu olevat realistlik ega õige.
Vedel biopsia hõlmab vereringe sisestatud DNA (ctDNA) ja teiste tuumori kõrvalproduktide mõõtmist vähihaigetelt saadud vereproovides. See tekkiv diagnoosimisviis lubab olla kiire, mitteinvasiivne ja kulutõhus.
Liquid Biopsia ajalugu
Aastal 1948 Mandel ja Métai, paar prantsuse teadlased esmakordselt kindlaks ctDNA tervete inimeste veres. See avastus oli oma aja jooksul ees ja alles aastakümneid hiljem uuriti veel ctDNA-d.
1977. aastal leidsid Leon ja tema kolleegid esmalt vähktõvega patsientide verd suurendanud ctDNA koguseid.
1989. aastani tuvastas Stroun ja tema kolleegid neoplastilise (st vähi) omadused veres. Pärast neid avastusi tuvastasid mitmed teised rühmad spetsiifiliste mutatsioonide kasvaja supressorites ja onkogeenides, mikrosatelliidi ebastabiilsus ja DNA metüülimine, mis tõestas, et ctDNA vabaneb vereringesse kasvajate poolt.
Kuigi me teame, et tuumorirakkudest tuletatud ctDNA tsirkuleerub veres, on selle DNA leviku päritolu, vabanemise kiirus ja selle vabanemise mehhanism ebaselge, kuna uuringud annavad vastuolulisi tulemusi. Mõned uuringud näitavad, et rohkem pahaloomulisi tuumoreid sisaldavad rohkem surnud vähirakke ja vabastavad rohkem ctDNA-d. Kuid mõned uuringud viitavad sellele, et kõik rakud vabastab ctDNA. Sellest hoolimata tundub tõenäoline, et vähkkasvajad vabastavad ctDNA-d suuremaid tasemeid veresse, muutes ctDNA-d väheseks biomarkeriks.
Raske fragmenteerumise ja madalate kontsentratsioonide tõttu veres ctDNA on raske isoleerida ja analüüsida. Seerumi ja plasma proovide vahel on erinevusi CtDNA kontsentratsioonides. Tundub, et vere seerum kui vereplasma on parem ctDNA allikas. Umetani ja tema kolleegide uuringus leiti, et CtDNA kontsentratsioonid on seerumis plasmas püsivalt madalad, kuna puhastamisel võib tsirkuleeruda DNA, kuna koagulatsioon ja teised valgud kõrvaldatakse proovide valmistamise ajal.
Heitzeri ja tema kolleegide sõnul on siin mõned konkreetsed küsimused, mis tuleb lahendada ctDNA diagnostilise potentsiaali rakendamiseks:
Esiteks tuleb eelanalüütilisi protseduure standardiseerida ... Isolatsioonimeetodi valik, mis tagab piisava hulga kõrgekvaliteedilise DNA ekstraheerimise, on kriitiline ning on näidatud, et vereproovide võtmise ja töötlemise eelanalüütilised tegurid võivad DNA saagist tugevasti mõjutada ... Teiseks on üks olulisemaid küsimusi kvantifitseerimismeetodite ühtlustamise puudumine. Erinevad kvantifitseerimismeetodid ... annavad erinevaid tulemusi, kuna need mõõtmised on suunatud kas täielikult või ainult amplifitseeritavale DNA-le ... Kolmandaks on vähem teada ctDNA vabanemise päritolu ja üksikasjalik mehhanism ning enamikus uuringutes on segunenud sündmused, mis võivad samuti kaasa aidata ctDNA vabanemisele.
Sihitud vs sihthinnatud lähenemisviisid
Praegu on CtDNA vereplasma (või seerumi) analüüsimisel kasutatud kahte peamist lähenemisviisi. Esimene lähenemine on suunatud ja otsib konkreetseid kasvajaid näitavaid geneetilisi muutusi. Teine lähenemisviis on mittespetsiifiline ja hõlmab genoomidevahelist analüüsi, kus otsitakse vähktõvega peegeldavat ctDNA-d. Alternatiivselt on exome-järjestust kasutatud kulutõhusamaks, sihikindlamaks lähenemiseks. Exosed on DNA osad, mis transkribeeritakse proteiini valmistamiseks.
Sihtotstarbelise lähenemisviisi korral analüüsitakse seerumit teadaolevate geneetiliste mutatsioonide suhtes väikeses komplektis juhtmutatsioonides.
Juhtmutatsioonid viitavad genoomis esinevatele mutatsioonidele, mis soodustavad vähirakkude kasvu või "aitavad kaasa". Need mutatsioonid hõlmavad KRAS-i või EGFR-i .
Viimaste aastate tehnoloogiliste edusammude tõttu on sihtotstarbelised lähenemisviisid genoomi analüüsimiseks väikeste koguste ctDNA-de jaoks teostatavad. Need tehnoloogiad hõlmavad ARMSi (võimendava tulekindlate mutatsioonide süsteem); digitaalne PCR (dPCR); helmed, emulsioonid, amplifikatsioon ja magneetikumid (BEAMing); ja sügav järjestus (CAPP-Seq).
Kuigi on tehtud tehnoloogia areng, mis muudab sihipärase lähenemise võimalikuks, sihitud lähenemine on suunatud vaid mõnele mutatsioonide positsioonile (levialad) ja jätab kasutamata palju juhtmutatsioone, nagu kasvaja supresseeri geenid.
Vedelas biopsiaga mitteseotud lähenemisviiside peamine kasu on see, et neid saab kasutada kõigil patsientidel, kuna test ei tugine korduvatele geneetilistele muutustele. Regenereeruvad geneetilised muutused ei hõlma kõiki vähivorme ja ei ole spetsiifilised vähktõve allkirjad. Siiski puudub selline lähenemine analüütilist tundlikkust ja tuumori genoomide põhjalik analüüs pole veel võimalik.
Märkimisväärselt on kogu genoomi järjestamise hind oluliselt langenud. Aastal 2006 oli kogu genoomi järjestuse hind ligikaudu 300 000 USD (USD). Aastaks 2017 oli hind ligikaudu 1000 dollarit (USD) genoomi kohta, sealhulgas reaktiivid ja sekveneerimismasinate amortisatsioon.
Liquid Biopsy kliiniline kasulikkus
Esialgsed jõupingutused ctDNA kasutamisel olid diagnostilised ja võrdlevad tervetel patsientidel vähipatsientide või healoomuliste haigustega patsientide taset. Nende jõupingutuste tulemused olid segased ja ainult mõned uuringud näitasid märkimisväärseid erinevusi, mis viitasid vähktõvele, haigusvabaks seisundiks või taandarenguks.
Põhjus, miks ctDNA-d saab vähest diagnoosida vaid mõnda aega, on tingitud sellest, et erinevad kogused ctDNA pärinevad tuumoritest. Mitte kõik tuumorid "ei lase" DNA samas koguses. Üldiselt levivad arenenumad ja ulatuslikumad tuumorid vereringesse rohkem DNA-d kui varakult lokaliseeritud kasvajaid. Lisaks põhjustavad erinevate kasvajate tüübid ringluses DNA erinevad kogused. Tuumorist pärineva tsirkuleeriva DNA fraktsioon on uuringutes ja vähktüüpides väga erinev, ulatudes 0,01% kuni 93% ulatuses. On oluline märkida, et üldiselt on tuumorist saadud ainult vähemus ctDNA-st, ülejäänud osa pärineb normaalsetest kudedest.
Tsirkuleerivat DNA-d võib kasutada haiguse prognostiliseks markeriks. Tsirkuleerivat DNA-d võib kasutada vähi muutuste jälgimiseks aja jooksul. Näiteks näitas üks uuring, et kolorektaalse vähihaigetega patsientide kaheaastane elulemus (st vähemalt kaks aastat pärast kolorektaalse vähiga diagnoosimist veel elavate patsientide arvu) ja KRASi leviala mutatsioonid olid 100 protsenti neil, kellel puudusid tõendid vastav tsirkuleeriv DNA. Lisaks sellele on võimalik, et lähitulevikus saab ringlevat DNA-d kasutada ennekahjustavate kahjustuste jälgimiseks.
Tsirkuleerivat DNA-d võib kasutada ka ravivastuse jälgimiseks. Kuna tsirkuleeriv DNA avaldab kasvajate geneetilise koostise paremat üldpilti, sisaldab see DNA tõenäoliselt diagnostilist DNA-d, mida saab kasutada kasvajate endi diagnoosimise DNA asemel.
Nüüd vaatame mõningaid konkreetseid vedeliku biopsia näiteid.
Guardant360
Guardant Health on välja töötanud testi, milles kasutatakse järgmisel põlvkonnal järjestust, mis profiilib tsirkuleerivat DNA-d mutatsioonide ja kromosomaalsete ümberkorralduste profiiliks 73-st vähiga seotud geenist. Guardant Health avaldas uuringu, milles kirjeldatakse onkoloogilise vedeliku biopsia kasulikkust. Uuringus kasutati vereanalüüse 15 000 patsiendist koos 50 kasvaja tüübi kombinatsiooniga.
Suurem osa on vedeliku biopsia testi tulemustest, mis on kooskõlas kasvaja biopsiaga täheldatud geeni muutustega.
Vastavalt NIH-le:
Guardant360 identifitseeris samad kriitilised mutatsioonid olulistes vähiga seotud geenides nagu EGFR, BRAF, KRAS ja PIK3CA sagedustel, mis olid väga sarnased eelnevalt kasvaja biopsia proovides leitud tunnustega, statistiliselt korrelatsioonis 94% -lt 99% -ga.
NIH andmetel teatasid uurijad järgmist:
Uuringu teises osas hindasid teadlased ligikaudu 400 patsienti, kellest enamus oli kopsu või kolorektaalse vähiga, kellel oli nii vere ctDNA kui ka tuumori koe DNA-i tulemused ning võrreldi genoomsete muutuste mustreid. Vedeliku biopsia üldine täpsus võrreldes kasvaja biopsia analüüside tulemustega oli 87%. Täpsus suurenes 98% -ni, kui vere- ja kasvajaproovid koguti 6 kuu jooksul üksteisest.
Guardant360 oli täpne, kuigi tsirkuleeriva DNA sisaldus veres oli madal. Sageli esines tuumori DNA ringluses ainult 0,4 protsenti veres olevast DNAst.
Üldiselt võisid Guardanti teadlased kasutada vedeliku biopsia abil kasvaja markereid, mis suutsid arstid ravi suunata 67% patsientidest. Nendel patsientidel oli õigus saada FDA poolt heakskiidetud ravimeid ja uuritavaid ravimeetodeid.
ctDNA ja kopsuvähk
Aastal 2016 kinnitas FDA Cobas EGFR-i muteerumiskatse, mida kasutatakse kopsuvähiga patsientide vereringes DNA-le EGFR mutatsioonide tuvastamiseks. See katse oli esimene FDA poolt heakskiidetud vedelbiopsia ja tuvastati patsiendid, kellel võib olla suunatud terapeutilise ravi eesmärgil raviks erlotiniib (Tarceva), afatiniib (Gilotrif) ja gefitiniib (Iressa) kui esmavaliku ravi ja osimeritiniib (Tagrisso) teisejärguline ravi. Need sihtotstarbelised ravimeetodid ründavad spetsiifiliste EGFR-i mutatsioonidega seotud vähirakke.
Oluline on see, et vale-negatiivsete tulemuste suure hulga tõttu soovitab FDA, et koopia biopsiaproov võetakse ka patsiendilt, kellel on negatiivne vedel biopsia.
ctDNA ja maksavähk
Viimase 20 aasta jooksul on suurenenud maksavähist surevate inimeste arv. Praegu on vähktõve põhjustaja maailma juhtiv vähi surma põhjustaja. Maksa või hepatotsellulaarse (HCC), vähi avastamiseks ja analüüsimiseks ei ole olemas häid biomarkereid. Tsirkuleeriv DNA võib olla hea maksarakkude biomarker.
Mõelge Lagbaa ja kaasautorite tsitaadist tsirkuleeriva DNA kasutamise potentsiaalist maksavähi diagnoosimiseks:
RASSF1A, p15 ja p16 hüpermetüülimine on soovitatav varajase diagnostilise vahendina retrospektiivses uuringus, milles osales 50 HCC patsienti. Diagnostilisuse täpsuse jaoks testiti ka nelja aberrantlikult metüülitud geeni (APC, GSTP1, RASSF1A ja SFRP1) allkirja, kusjuures RASSF1A metüülimist teatati prognostilise biomarkerina. Järgnevad uuringud analüüsisid HCV patsientidel sügavate sekveneerimistehnoloogiate abil .... Kaasasündinud DNA eksemplare arvutati kahel HBV-kandjal ilma vere kogumise ajal eelneva HCC-ga, kuid HCC-d tekkis jälgimise ajal. See avastus avas ukse, et hinnata ctDNA-de koopiaarvu erinevusi varajase HCC avastamise sõelumisvahendina.
Sõna alguses
Liquid biopsia on põnev uus lähenemine genoomsele diagnoosile. Praegu on arstidele kättesaadavad teatud vedeliku biopsia, mis pakuvad terviklikku molekulaarset profiili, et täiendada koe biopsia abil saadud geneetilisi andmeid. Samuti on olemas teatud vedeliku biopsia, mida saab kasutada koe biopsia asemel, kui koe biopsia pole saadaval.
On oluline meeles pidada, et paljud vedeliku biopsia uuringud on praegu käimas ja rohkem on vaja teha uuringuid selle sekkumise terapeutilise kasulikkuse välja selgitamiseks.
> Allikad:
> Vereanalüüsid kasvajate geneetilistele muutustele näitab lootust kasvaja biopsia alternatiivina. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Tsirkuleeriv kasvaja DNA vedeliku biopsiaks vähiks. Kliiniline keemia. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Maksavähi vedel biopsia. Discovery Meditsiin. 2015; 19 (105): 263-73.
> Liquid Biopsy: DNA kasutamine veres, et tuvastada, jälgida ja ravida vähki. NIH.
> Umetani N, et al. Vaba tsirkuleeriva DNA suurem sisaldus seerumis kui plasmas ei ole peamiselt põhjustatud saastunud kõrvalsaaduste DNA eraldamise ajal. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Üldised põhimõtted vähi farmakoteraapias. In: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds Goodman & Gilman: Pharmacological Basics of Therapeutics, 13e New York, NY: McGraw-Hill.