Vloeibare biopsies gebruik bloed-nie-tumorweefsel om kanker te diagnoseer
Tipies word gewasse ondersoek met behulp van weefselbiopsies. 'N Klein monster word uit die tumor geneem en genotipeer, of geanaliseer vir genetiese samestelling. Die probleem met hierdie benadering is dat biopsierende gewasse uitdagend kan wees. Verder bied 'n tumorbiopsie slegs 'n momentopname van die tumor.
In 2015 skryf Labgaa en medeskrywers in Discovery Medicine die volgende oor konvensionele tumorbiopsie:
Om voor die hand liggende redes is dit moeilik om tumorevolusie deur sekwensiële biopsies te monitor. Ook weerspieël biopsie slegs 'n enkele plek van die gewas en is dit dus onwaarskynlik dat dit die hele spektrum van somatiese mutasies in groot gewasse sal verteenwoordig. 'N Alternatief sou wees om verskeie biopsies vir dieselfde tumor te kry, maar hierdie opsie lyk nie realisties of akkuraat nie.
Vloeibare biopsie behels die meting van sirkulerende DNA (ctDNA) en ander tumor byprodukte in bloedmonsters verkry van pasiënte met kanker. Hierdie opkomende diagnostiese benadering beloof om vinnig, nie-invasief en koste-effektief te wees.
Geskiedenis van vloeibare biopsie
In 1948, Mandel en Metais, het 'n paar Franse navorsers die eerste keer ctDNA in die bloed van gesonde mense geïdentifiseer. Hierdie ontdekking was voor sy tyd, en dit was nie tot dekades later dat die ctDNA verder ondersoek is nie.
In 1977 het Leon en kollegas die eerste keer verhoogde hoeveelhede ctDNA in die bloed van kankerpasiënte geïdentifiseer.
Teen 1989 het Stroun en kollegas neoplastiese (dws kanker) eienskappe in die bloed geïdentifiseer. Na hierdie ontdekkings het verskeie ander groepe spesifieke mutasies in tumoronderdrukkers en onkogenes, onstabiliteit van mikrosatelliete en DNA-metilering geïdentifiseer, wat bewys het dat ctDNA in die sirkulasie deur tumore vrygestel word.
Alhoewel ons weet dat ctDNA afgelei van tumor selle sirkuleer in die bloed, is die oorsprong, vrylatingskoers en meganisme van die vrylating van hierdie DNA onduidelik, met navorsing wat teenstrydige resultate oplewer. Sommige navorsing dui daarop dat meer kwaadaardige gewasse meer dooie kankerselle bevat en meer ctDNA vrylaat. Sommige navorsing dui daarop dat alle selle ctDNA vrystel. Nietemin, dit lyk waarskynlik dat kankeragtige gewasse verhoogde vlakke van ctDNA in die bloed vrystel, wat ctDNA 'n goeie biomarker van kanker maak.
As gevolg van swaar fragmentasie en lae konsentrasies in die bloed, is ctDNA moeilik om te isoleer en te analiseer. Daar is 'n verskil tussen ctDNA konsentrasies tussen serum en plasma monsters. Dit blyk dat bloed serum eerder as bloedplasma 'n beter bron van ctDNA is. In 'n studie deur Umetani en kollegas is die konsentrasies van ctDNA konsekwent laag in die plasma in vergelyking met die serum weens moontlike verlies van sirkulerende DNA tydens suiwering, aangesien stolling en ander proteïene tydens eksemplaarbereiding uitgeskakel word.
Volgens Heitzer en kollegas, hier is 'n paar spesifieke kwessies wat opgelos moet word om die diagnostiese potensiaal van ctDNA te benut:
Eerstens moet preanalitiese prosedures gestandaardiseer word. Seleksie van 'n isolasie metode wat die onttrekking van 'n voldoende hoeveelheid DNA van hoë gehalte verseker, is krities en dit is getoon dat preanalitiese faktore van bloedmonsterneming en -verwerking die DNA-opbrengs sterk kan beïnvloed .... Tweedens, een van die belangrikste kwessies is die gebrek aan harmonisering van kwantifiseringsmetodes. Verskillende kwantifiseringsmetodes, ... produseer verskillende resultate omdat hierdie metings teiken is op totale of slegs versterkbare DNA .... Derdens is minder bekend oor die oorsprong en die gedetailleerde meganisme van ctDNA-vrylating, en in die meeste studies word gebeurtenisse wat moontlik ook bydra tot die vrystelling van ctDNA, verwar.
Gerig teen ongekende benaderings
Tans is daar twee hoofbenaderings wat geneem word wanneer bloedplasma (of serum) vir ctDNA ontleed word. Die eerste benadering is geteiken en kyk vir spesifieke genetiese veranderinge wat dui op tumore. Die tweede benadering is onbeperk en behels 'n genoom-wye analise wat op soek is na ctDNA weerkaatsing van kanker. Alternatiewelik is eksome-volgordebepaling gebruik as 'n meer koste-effektiewe, onbeperkte benadering. Eksamen is die gedeeltes van DNA wat getransskribeer word om proteïen te maak.
Met geteikende benaderings word serum geanaliseer vir bekende genetiese mutasies in 'n klein stel bestuurdermutasies.
Bestuurdermutasies verwys na mutasies in die genoom wat die groei van kankerselle bevorder of "dryf". Hierdie mutasies sluit KRAS of EGFR in .
As gevolg van tegnologiese vooruitgang in onlangse jare, het geteikende benaderings tot die analise van die genoom vir klein hoeveelhede ctDNA haalbaar geword. Hierdie tegnologie sluit in ARMS (versterkings refraktêre mutasie stelsel); digitale PCR (dPCR); krale, emulsies, versterking en magnetika (BEAMing); en diep volgordebepaling (CAPP-Seq).
Alhoewel daar tegnologiese vooruitgang is wat die geteikende benadering moontlik maak, fokus die geteikende benadering slegs op 'n paar posisies van mutasies (hotspots) en mis baie bestuurdermutasies soos tumoronderdrukkende gene.
Die grootste voordeel van onbeperkte benaderings tot vloeibare biopsie is dat dit by alle pasiënte gebruik kan word, omdat die toets nie op herhalende genetiese veranderinge staatmaak nie. Herhalende genetiese veranderinge dek nie alle kankers nie en is nie spesifieke kankerhandtekeninge nie. Nietemin, hierdie benadering ontbreek analitiese sensitiwiteit en omvattende analise van tumorgenome is nog nie moontlik nie.
Van die nota, die prys van die volgorde van 'n hele genoom het aansienlik gedaal. In 2006 was die prys van sekwensering van die hele genoom ongeveer $ 300,000 (USD). Teen 2017 het die koste gedaal tot ongeveer $ 1,000 (USD) per genoom, insluitende reagense en die amortisasie van sekwenseringsmasjiene.
Kliniese nut van vloeibare biopsie
Aanvanklike pogings om ctDNA te gebruik, was diagnostiese en vergelyk vlakke in gesonde pasiënte met dié van kankerpasiënte of dié met goedaardige siektes. Die resultate van hierdie pogings is gemeng, met slegs enkele studies wat beduidende verskille toon wat kanker, siektevrye status of terugval aandui.
Die rede waarom ctDNA slegs 'n paar van die tyd gebruik kan word om kanker te diagnoseer, is omdat veranderlike hoeveelhede ctDNA afgelei is van gewasse. Nie alle tumore "gooi" DNA in dieselfde hoeveelheid nie. Oor die algemeen, meer gevorderde, wydverspreide gewasse werp meer DNA in die sirkulasie as vroeë, gelokaliseerde, gewasse. Daarbenewens het verskillende tumor tipes verskillende hoeveelhede DNA in die sirkulasie gestort. Die fraksie van sirkulerende DNA wat uit 'n tumor afgelei word, is wyd wisselend tussen studies en kanker tipes, wat wissel van 0,01% tot 93%. Dit is belangrik om daarop te let dat, in die algemeen, slegs 'n minderheid van ctDNA is afgelei van die tumor, die res daarvan afkomstig van normale weefsels.
Sirkulerende DNA kan gebruik word as 'n prognostiese merker van siekte. Sirkulerende DNA kan gebruik word om veranderinge in kanker oor tyd te monitor. Byvoorbeeld, een studie het getoon dat die twee jaar oorlewingsyfer by pasiënte met kolorektale kanker (dws die aantal pasiënte steeds minstens twee jaar na diagnose met kolorektale kanker) en die KRAS-hotspotmutasies was 100 persent in diegene sonder bewys van ooreenstemmende sirkulerende DNA. Daarbenewens is dit moontlik dat sirkulerende DNA in die nabye toekoms gebruik kan word om voorskadelike letsels te monitor.
Sirkulerende DNA kan ook gebruik word om reaksie op terapie te monitor. Omdat sirkulerende DNA produseer 'n beter algehele prentjie van die genetiese samestelling van tumore, bevat hierdie DNA waarskynlik diagnostiese DNA, wat gebruik kan word in plaas van diagnostiese DNA wat van tumore self verkry word.
Kom ons kyk nou na spesifieke voorbeelde van vloeibare biopsie.
Guardant360
Guardant Health het 'n toets ontwikkel wat die volgende generasie sekwensering gebruik om sirkulerende DNA vir mutasies en chromosomale herrangskikkings vir 73 kankerverwante gene te profileer. Guardant Health het 'n studie gepubliseer waarin die nut van vloeibare biopsie in onkologie aangemeld is. Die studie gebruik bloedmonsters van 15.000 pasiënte met 'n gesamentlike 50 tumor tipes.
Vir die grootste deel word die resultate van die vloeibare biopsietoets in lyn met geenveranderings waargeneem in tumorbiopsies.
Volgens die NIH:
Guardant360 het dieselfde kritiese mutasies geïdentifiseer in belangrike kankerverwante gene soos EGFR, BRAF, KRAS en PIK3CA by frekwensies wat baie ooreenstem met wat voorheen in tumorbiopsiemonsters geïdentifiseer is, wat statisties korrek tot 94% tot 99% was.
Verder het die navorsers volgens die NIH die volgende gerapporteer:
In 'n tweede komponent van die studie het die navorsers byna 400 pasiënte geëvalueer. Die meeste van hulle het long- of kolorektale kanker gehad - wat beide die bloedctDNA- en tumorweefsel-DNA-resultate beskikbaar gehad het en die patrone van genomiese veranderinge vergelyk. Die algehele akkuraatheid van die vloeibare biopsie in vergelyking met die resultate van die tumorbiopsie-ontledings was 87%. Die akkuraatheid het toegeneem tot 98% toe die bloed- en tumormonsters binne 6 maande van mekaar versamel is.
Guardant360 was akkuraat, alhoewel die vlakke van sirkulerende DNA in die bloed laag was. Dikwels het sirkulerende tumor DNA slegs 0,4 persent van die DNA in die bloed opgemaak.
Oor die algemeen, met behulp van vloeibare biopsie, was die Guardant-navorsers in staat om tumormerkers te identifiseer wat die behandeling van dokters in 67 persent van pasiënte kan reguleer. Hierdie pasiënte was in aanmerking vir FDA-goedgekeurde behandelings sowel as ondersoekterapieë.
ctDNA en longkanker
In 2016 het die FDA die Cobas EGFR Mutatie Toets goedgekeur vir die opsporing van EGFR mutasies in die sirkulerende DNA van pasiënte met longkanker. Hierdie toets was die eerste FDA-goedgekeurde vloeibare biopsie en geïdentifiseer pasiënte wat moontlik kandidate kan wees vir behandeling met geteikende terapieë deur gebruik te maak van erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) en gefitinib (Iressa) as eerste-lyn behandeling, en osimeritinib (Tagrisso) as tweede lyn behandeling. Hierdie geteikende terapieë val kankerselle aan met spesifieke EGFR mutasies.
Belangrik, weens die hoë aantal vals negatiewe resultate, beveel die FDA aan dat 'n weefselbiopsiemonster ook van 'n pasiënt geneem word wat 'n negatiewe vloeibare biopsie het.
ctDNA en lewerkanker
Die aantal mense wat aan lewerkank sterf, het die afgelope 20 jaar toegeneem. Tans is lewerkanker die tweede grootste oorsaak van kanker dood in die wêreld. Daar is geen goeie biomarkers beskikbaar om lewer, of hepatosellulêre (HCC), kanker op te spoor en te ontleed nie. Sirkulerende DNA kan 'n goeie biomarker vir lewerkanker wees.
Oorweeg die volgende aanhaling uit Lagbaa en mede-outeurs oor die potensiaal om sirkulerende DNA te gebruik om lewerkanker te diagnoseer:
Hipermetilering van RASSF1A, p15 en p16 is voorgestel as vroeë diagnostiese gereedskap in 'n retrospektiewe studie insluitend 50 HCC pasiënte. 'N Handtekening van vier aberrantly-gemetileerde gene (APC, GSTP1, RASSF1A en SFRP1) is ook getoets vir diagnostiese akkuraatheid, terwyl metering van RASSF1A as 'n prognostiese biomarker gerapporteer is. Daaropvolgende studies het ctDNA in HCC-pasiënte geanaliseer met die gebruik van diepvolgende tegnologieë. Opvallend, afwykende DNA-kopiegetalle is opgespoor in twee HBV-draers sonder vorige geskiedenis van HCC ten tye van bloedinvordering, maar wat tydens die opvolging van HCC ontwikkel het. Hierdie bevinding het die deur oopgemaak om die kopie-getalvariasie in ctDNA as 'n siftingsinstrument vir vroeë HCC-opsporing te evalueer.
'N Woord Van
Vloeibare biopsies is 'n opwindende nuwe benadering tot genomiese diagnose. Tans is sekere vloeibare biopsies, wat omvattende molekulêre profilering bied, beskikbaar vir dokters om genetiese inligting wat uit weefselbiopsie verkry word, aan te vul. Daar is ook sekere vloeibare biopsies wat in plaas van weefselbiopsie gebruik kan word - wanneer weefselbiopsies nie beskikbaar is nie.
Dit is belangrik om in gedagte te hou dat baie vloeibare biopsieproewe tans aan die gang is en meer navorsing moet gedoen word om die terapeutiese nut van hierdie ingryping uit te leef.
> Bronne:
> Bloedtoets vir genetiese veranderinge in tumors toon belofte as alternatief vir tumorbiopsie. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Sirkulerende Tumor DNA as 'n vloeibare biopsie vir kanker. Kliniese Chemie. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Vloeibare biopsie in lewerkanker. Discovery Medisyne. 2015; 19 (105): 263-73.
> Vloeibare Biopsie: Die gebruik van DNA in Bloed om Kanker op te spoor, te dop en te behandel. NIH.
> Umetani N, et al. Hoër hoeveelheid vrysirkulerende DNA in serum as in plasma word nie hoofsaaklik veroorsaak deur besmette, vreemde DNA tydens skeiding nie. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Algemene beginsels in die Farmakoterapie van Kanker. In: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds. Goodman & Gilman's: Die Farmakologiese Basis van Terapeutika, 13de New York, NY: McGraw-Hill.