Šķidrās biopsijas izmanto asins-ne audzēju audus, lai diagnosticētu vēzi
Parasti audzējus pārbauda, izmantojot audu biopsijas. Nelielu paraugu ņem no audzēja un genotipizē vai analizē ģenētiskā aplauzuma dēļ. Šīs pieejas problēma ir tā, ka biopsijas audzēji var būt izaicinājumi. Turklāt audzēja biopsija nodrošina tikai tumšā attēla uzņemšanu.
Labdabas un līdzautoru rakstīšana Discovery Medicine programmā 2015. gadā par tradicionālo audzēja biopsiju ir šāda:
Acīmredzamu iemeslu dēļ ir grūti kontrolēt audzēju attīstību, izmantojot secīgas biopsijas. Arī biopsija atspoguļo tikai vienu audzēja vietu un tāpēc maz ticams, ka tas pārstāvēs visu somatisko mutāciju spektru lielos audzējos. Alternatīva būtu iegūt vairākas biopsijas vienam un tam pašam audzējam, taču šī iespēja, šķiet, nav ne reāla, ne precīza.
Šķidro biopsija ietver cirkulējošās DNS (ctDNA) un citu audzēja blakusproduktu mērīšanu asins paraugos, kas iegūti no vēža slimniekiem. Šī jaunā diagnostikas metode sola būt ātra, neinvazīva un rentabla.
Liquid biopsijas vēsture
1948. gadā Mandel un Métais, pāri Francijas pētniekiem vispirms identificēja ctDNS veselīgu cilvēku asinīs. Šis atklājums bija priekšlaicīgs, un tikai desmit gadus vēlāk tika pētīta ctDNS.
1977. gadā Leons un viņa kolēģi vispirms noteica ctDNS palielināto daudzumu vēža slimnieku asinīs.
Līdz 1989. gadam Stroun un viņa kolēģi konstatēja neoplastiskas (ti, vēža) īpašības asinīs. Pēc šiem atklājumiem vairākas citas grupas identificēja specifiskas mutācijas audzēju slāpētājos un onkogēnos, mikrosaidītu nestabilitāti un DNS metilāciju, kas pierādīja, ka ctDNS izplatās apritē ar audzējiem.
Kaut arī mēs zinām, ka cetDNA, kas iegūta no audzēja šūnām, asinīs cirkulē, to izcelsme, izplatīšanās ātrums un šīs DNS izdalīšanās mehānisms ir neskaidri, un pētījumi rada pretrunīgus rezultātus. Daži pētījumi liecina, ka vairāk ļaundabīgu audzēju satur vairāk mirušo vēža šūnu un atbrīvo vairāk ctDNA. Tomēr daži pētījumi liecina, ka visas šūnas atbrīvo ctDNA. Tomēr šķiet, ka vēža audzēji atbrīvo ctDNS paaugstinātu līmeni asinīs, padarot ctDNS par labu vēža biomarkeru.
Sakarā ar smagu fragmentāciju un zemu koncentrāciju asinīs, ctDNS ir grūti izolēt un analizēt. Ir ctDNA koncentrācijas neatbilstība starp seruma un plazmas paraugiem. Šķiet, ka asins serums, nevis asins plazma ir labāks ctDNS avots. Pētījumā, ko veica Umetani un viņa kolēģi, tika secināts, ka ctDNS koncentrācija plazmā ir konsekventi zema, salīdzinot ar serumu, jo iespējama cirkulējošās DNS zudumu attīrīšanas laikā, jo paraugu sagatavošanas laikā tiek novērsta koagulācija un citi proteīni.
Saskaņā ar Heitzeru un viņa kolēģiem, šeit ir daži specifiski jautājumi, kas jāatrisina, lai izmantotu ctDNA diagnostikas potenciālu:
Pirmkārt, iepriekšanalīzes procedūras ir jāstandartizē ... Izolācijas metodes izvēle, kas nodrošina pietiekamas daudzuma augstas kvalitātes DNS iegūšanu, ir kritiska un ir pierādīts, ka asins paraugu ņemšanas un apstrādes pirmie analīzes faktori var būtiski ietekmēt DNS ieguvi .... Otrkārt, viens no svarīgākajiem jautājumiem ir kvantitatīvo metožu saskaņošanas trūkums. Dažādas kvantitatīvās noteikšanas metodes ... rada dažādus rezultātus, jo šie mērījumi ir vērsti vai nu uz kopējo, vai tikai amplitīvo DNS .... Treškārt, mazāk ir zināms par ctDNS izdalīšanas izcelsmi un detalizēto mehānismu, un lielākajā daļā pētījumu ir sajaukti notikumi, kas arī varētu veicināt ctDNA izplatīšanu.
Mērķtiecīga un nespecifiska pieeja
Pašlaik ir divas galvenās pieejas, kas tiek izmantotas, analizējot ctDNS asins plazmu (vai serumu). Pirmā pieeja ir mērķtiecīga un meklē specifiskas ģenētiskas izmaiņas, kas norāda uz audzējiem. Otra pieeja nav mērķtiecīga un ietver genoma mēroga analīzi, meklējot ctDNS, kas atspoguļo vēzi. Alternatīvi, exome sekvencēšana tika izmantota kā rentabla, mērķtiecīgāka pieeja. Exomes ir DNS porcijas, kuras pārraksta, lai iegūtu proteīnu.
Izmantojot mērķtiecīgu pieeju, serumā analizē zināmas ģenētiskās mutācijas nelielā draivera mutāciju kopumā.
Vadītāja mutācijas attiecas uz mutācijām genomu, kas veicina vai "vadīt" vēža šūnu augšanu. Šīs mutācijas ietver KRAS vai EGFR .
Pateicoties pēdējo gadu tehnoloģiskajiem sasniegumiem, mērķtiecīgas pieejas genoma analīzei attiecībā uz nelielu daudzumu ctDNS ir kļuvušas iespējamas. Šīs tehnoloģijas ietver ARMS (amplifikācijas ugunsizturīgo mutāciju sistēma); ciparu PCR (dPCR); lodītes, emulsijas, pastiprinātāji un magnētiķi (BEAMing); un dziļo secību (CAPP-Seq).
Kaut arī ir sasniegti panākumi tehnoloģijās, kas nodrošina mērķtiecīgu pieeju, mērķtiecīgā pieeja attiecas tikai uz dažām mutāciju pozīcijām (karstajiem punktiem) un neizmanto daudzas vadītāja mutācijas, piemēram, audzēju slāpētāju gēnus.
Galvenais ieguvums no neparedzētas pieejas šķidrās biopsijas gadījumā ir tāds, ka tos var lietot visiem pacientiem sakarā ar to, ka tests nav atkarīgs no recidivējošām ģenētiskām izmaiņām. Atkārtotas ģenētiskās izmaiņas neaptver visus vēžus un nav specifiski vēža paraksti. Tomēr šai pieejai trūkst analītiskās jutības un visaptveroša audzēju genomu analīze vēl nav iespējama.
Jāņem vērā, ka visa genoma sekvences cena ir ievērojami samazinājusies. 2006. gadā visa genoma sekvences cena bija aptuveni 300 000 USD (USD). Līdz 2017. gadam izmaksas bija samazinājušās līdz apmēram 1000 ASV dolāriem par katru genomu, ieskaitot reaģentus un sekvencēšanas iekārtu amortizāciju.
Šķidro biopsiju klīniskā lietderība
Sākotnējie ctDNS lietošanas centieni bija diagnosticējoši un salīdzināti veseliem pacientiem ar vēža slimniekiem vai tiem, kam bija labdabīgas slimības. Šo centienu rezultāti bija neskaidri, un tikai daži pētījumi parādīja būtiskas atšķirības, kas liecina par vēzi, slimību neskarto stāvokli vai recidīvu.
Iemesls, kāpēc ctDNS var izmantot tikai kādu laiku, lai diagnosticētu vēzi, ir tādēļ, ka dažādi ctDNA daudzumi tiek iegūti no audzējiem. Ne visi audzēji "izlieto" DNS tādā pašā daudzumā. Parasti attīstītāki, plaši izplatīti audzēji izdalās vairāk DNS, nekā agrāk, lokalizēti audzēji. Turklāt dažādi audzēju tipi izplūst dažādus DNS daudzumus apritē. Cirkulējošās DNS frakcija, kas iegūta no audzējiem, plaši mainās pētījumos un vēža tipos, sākot no 0,01% līdz 93%. Ir svarīgi atzīmēt, ka kopumā no audzēja ir iegūta tikai neliela daļa ctDNA, pārējā daļa ir no normāliem audiem.
Cirkulējošo DNS var izmantot kā prognostisku slimības marķieri. Cirkulējošo DNS var izmantot, lai novērotu vēža izmaiņas laika gaitā. Piemēram, viens pētījums parādīja, ka divu gadu ilgais izdzīvošanas līmenis pacientiem ar kolorektālo vēzi (ti, pacientu skaits, kas joprojām ir dzīvs vismaz divus gadus pēc diagnozes ar kolorektālo vēzi) un KRAS vietrāžu punktu mutācijas bija 100% tiem, kuriem nav pierādījumu par atbilstoša cirkulējošā DNS. Turklāt ir iespējams, ka tuvākajā nākotnē cirkulējošo DNS var izmantot, lai novērotu pirmsvēža bojājumus.
Cirkulējošo DNS var arī izmantot, lai uzraudzītu reakciju uz terapiju. Tā kā cirkulējošā DNS piedāvā labāku vispārējo priekšstatu par audzēju ģenētisko sastāvu, šajā DNS, iespējams, ir diagnosticēta DNS, kuru var izmantot diagnozes DNS vietā, kas iegūta no pašiem audzējiem.
Tagad pievērsīsimies dažiem īpašiem šķidrās biopsijas piemēriem.
Guardant360
Guardant Health izstrādāja testu, kurā tika izmantotas nākamās paaudzes sekvences, lai apzīmētu cirkulējošo DNS mutācijām un hromosomu pārkārtošanai ar 73 ar vēzi saistītiem gēniem. Guardant Health publicēja pētījumu, kurā ziņots par šķidrās biopsijas lietderību onkoloģijā. Pētījumā tika izmantoti asins paraugi no 15 000 pacientiem ar kombinētu 50 audzēju tipu.
Lielākoties šķidrās biopsijas testu rezultāti sakrīt ar gēnu pārmaiņām, ko novēro audzēja biopsijās.
Saskaņā ar NIH:
Guardant360 identificēja tās pašas kritiskās mutācijas svarīgos ar vēzi saistītos gēnos, piemēram, EGFR, BRAF, KRAS un PIK3CA , frekvencēs, kas bija ļoti līdzīgas tam, kas iepriekš tika identificēts audzēja biopsijas paraugos, statistiski korelējot ar 94% līdz 99%.
Turklāt saskaņā ar NIH pētnieki ziņoja par sekojošo:
Pētījuma otrajā daļā pētnieki novērtēja gandrīz 400 pacientu, no kuriem lielākā daļa bija plaušu vai kolorektālais vēzis, kuriem bija gan asins ctDNS, gan audzēja audu DNS rezultāti, un salīdzināja genomu pārmaiņu modeļus. Kopējā šķidrās biopsijas precizitāte salīdzinājumā ar audzēja biopsijas analīžu rezultātiem bija 87%. Precīzums palielinājās līdz 98%, kad asiņu un audzēja paraugi tika savākti 6 mēnešu laikā pēc cita.
Guardant360 bija precīzs, lai arī cirkulējošās DNS līmenis asinīs bija zems. Bieži vien cirkulējošais audzēja DNS veido tikai 0,4 procentus no DNS asinīs.
Kopumā, izmantojot šķidruma biopsiju, Guardant pētnieki spēja identificēt audzēju marķierus, kas ārstēšanu varētu novadīt 67% pacientu. Šie pacienti bija tiesīgi saņemt FDA apstiprinātu ārstēšanu, kā arī izmēģinājuma terapiju.
ctDNS un plaušu vēzis
2016. gadā FDA apstiprināja kobas EGFR mutācijas testu, lai noteiktu EGFR mutācijas cirkulējošā DNS slimniekiem ar plaušu vēzi. Šis tests bija pirmā FDA apstiprināta šķidruma biopsija, un tika noteikti pacienti, kuri var būt kandidāti ārstēšanai ar mērķtiecīgām terapijām, lietojot erlotinibu (Tarceva), afatinibu (Gilotrif) un gefitinibu (Iressa) kā pirmās izvēles terapiju, kā arī osimeritinibu (Tagrisso) kā otrās līnijas ārstēšana. Šīs mērķtiecīgās terapijas uzbrūk vēža šūnām ar specifiskām EGFR mutācijām.
Svarīgi, ka, ņemot vērā lielo skaitu viltus negatīvus rezultātus, FDA iesaka audu biopsijas paraugu ņemt no pacienta, kam ir negatīva šķidruma biopsija.
ctDNS un aknu vēzis
Pēdējo 20 gadu laikā ir palielinājies aknu vēža mirstīgo cilvēku skaits. Pašlaik aknu vēzis ir otrais galvenais vēža nāves cēlonis pasaulē. Nav pieejami labi biomarķeri, lai noteiktu un analizētu aknas vai hepatocelulārās (HCC) vēzis. Cirkulējošā DNS var būt labs bioloģiskais marķieris aknu vēzim.
Apsveriet šādu Lagbaa un līdzautoru citātu par cirkulējošās DNS izmantošanas potenciālu, lai diagnosticētu aknu vēzi:
RASF1A, p15 un p16 hipertermilācija ir ieteikta kā agrīnie diagnostikas instrumenti retrospektīvā pētījumā, kurā piedalījās 50 HCC pacienti. Diagnostikas precizitāte tika pārbaudīta arī ar četriem aberrantly metilētiem gēniem (APC, GSTP1, RASSF1A un SFRP1), bet par RASSF1A metilāciju ziņoja kā par prognostisku biomarķieri. Turpmākajos pētījumos tika analizēta ctDNA HCC pacientiem, kas izmantoja dziļās sekvencēšanas tehnoloģijas. Pārsteidzoši tika konstatēts, ka abos HBV nesēja eksemplāros bija neatbilstoši dati, kuriem HCC nebija iepriekš bijusi asiņu savākšanas laikā, bet kuri HCC laikā to novēroja. Šis atklājums pavēra durvis, lai novērtētu ctDNA kopijas numura izmaiņas kā agrīnās HCC noteikšanas skrīninga rīku.
Vārds no
Šķidrās biopsijas ir jauna pieeja genomikas diagnozei. Pašlaik ārstiem ir pieejamas noteiktas šķidrās biopsijas, kas piedāvā visaptverošu molekulu profilēšanu, lai papildinātu ģenētisko informāciju, kas iegūta no audu biopsijas. Ir arī dažas šķidrās biopsijas, ko var izmantot audu biopsijas vietā, kad nav pieejamas audu biopsijas.
Ir svarīgi paturēt prātā, ka pašlaik notiek daudzas šķidrās biopsijas izmēģinājumi, un jāveic vairāk pētījumu, lai saprastu šīs intervences terapeitisko lietderību.
> Avoti:
> Asins analīze par audzēju ģenētiskajām izmaiņām liecina, ka tā ir alternatīva vēža biopsijai. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Cirkulējošā audzēja DNS kā šķidruma biopsija vēža ārstēšanai. Klīniskā ķīmija. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Šķidrās biopsijas aknu vēzis. Discovery medicīna. 2015; 19 (105): 263-73.
> Šķidrās biopsijas: DNS izmantošana asinīs, lai atklātu, izsekotu un ārstētu vēzi. NIH.
> Umetani N, et al. Lielāks brīvajā cirkulējošā DNS daudzums serumā nekā plazmā galvenokārt nav saistīts ar piesārņotu svešu DNS atdalīšanas laikā. Ann. NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Vispārīgie principi vēža farmakoterapijā. In: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds Goodman & Gilman's: Pharmacological Basics of Therapeutics, 13e New York, NY: McGraw-Hill.