Οι υγρές βιοψίες χρησιμοποιούν αιματοειδή ιστό-για να διαγνώσουν τον καρκίνο
Τυπικά, οι όγκοι εξετάζονται χρησιμοποιώντας βιοψίες ιστών. Ένα μικρό δείγμα λαμβάνεται από τον όγκο και γονότυπη, ή αναλύεται για γενετική σύνθεση. Το πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση είναι ότι οι όγκοι βιοψίας μπορεί να είναι πρόκληση. Επιπλέον, μια βιοψία όγκου παρέχει μόνο ένα στιγμιότυπο του όγκου.
Γράφοντας στην Discovery Medicine το 2015, η Labgaa και οι συν-συγγραφείς δηλώνουν τα εξής σχετικά με τη συμβατική βιοψία του όγκου:
Για προφανείς λόγους, είναι δύσκολο να παρακολουθείται η εξέλιξη του όγκου με διαδοχικές βιοψίες. Επίσης, η βιοψία αντικατοπτρίζει μόνο ένα σημείο του όγκου και κατά συνέπεια είναι απίθανο να αντιπροσωπεύει ολόκληρο το φάσμα των σωματικών μεταλλάξεων σε μεγάλους όγκους. Μια εναλλακτική λύση είναι η λήψη πολλαπλών βιοψιών για τον ίδιο όγκο, αλλά αυτή η επιλογή δεν φαίνεται ούτε ρεαλιστική ούτε ακριβής.
Η υγρή βιοψία περιλαμβάνει τη μέτρηση του κυκλοφορούντος DNA (ctDNA) και άλλων υποπροϊόντων όγκου σε δείγματα αίματος που λαμβάνονται από ασθενείς με καρκίνο. Αυτή η αναδυόμενη διαγνωστική προσέγγιση υπόσχεται να είναι γρήγορη, μη επεμβατική και οικονομικά αποδοτική.
Ιστορία της υγρής βιοψίας
Το 1948, ο Mandel και ο Metais, ένα ζευγάρι Γάλλων ερευνητών αναγνώρισε για πρώτη φορά το ctDNA στο αίμα των υγιή ανθρώπων. Αυτή η ανακάλυψη ήταν μπροστά από την εποχή της, και μετά από δεκαετίες αργότερα διερευνήθηκε το ctDNA.
Το 1977, ο Leon και οι συνάδελφοί του αναγνώρισαν πρώτα αυξημένες ποσότητες ctDNA στο αίμα των καρκινοπαθών.
Μέχρι το 1989, ο Stroun και οι συνάδελφοί του προσδιόρισαν νεοπλασματικά χαρακτηριστικά (δηλαδή, καρκίνο) στο αίμα. Μετά από αυτές τις ανακαλύψεις, αρκετές άλλες ομάδες αναγνώρισαν συγκεκριμένες μεταλλάξεις σε καταστολείς όγκων και ογκογονίδια, αστάθεια μικροδορυφόρων και μεθυλίωση του DNA, που απέδειξαν ότι το ctDNA απελευθερώνεται στην κυκλοφορία από όγκους.
Αν και γνωρίζουμε ότι το ctDNA που προέρχεται από κύτταρα όγκου κυκλοφορεί στο αίμα, η προέλευση, ο ρυθμός απελευθέρωσης και ο μηχανισμός απελευθέρωσης αυτού του DNA είναι ασαφείς, με την έρευνα να δίνει συγκρουόμενα αποτελέσματα. Ορισμένες έρευνες υποδεικνύουν ότι περισσότεροι κακοήθεις όγκοι περιέχουν περισσότερα νεκρά καρκινικά κύτταρα και απελευθερώνουν περισσότερο ctDNA. Ωστόσο, μερικές έρευνες δείχνουν ότι όλα τα κύτταρα απελευθερώνουν ctDNA. Παρ 'όλα αυτά, φαίνεται πιθανό ότι οι καρκινικοί όγκοι απελευθερώνουν αυξημένα επίπεδα ctDNA στο αίμα, καθιστώντας το ctDNA καλό βιολογικό δείκτη καρκίνου.
Λόγω του έντονου κατακερματισμού και των χαμηλών συγκεντρώσεων στο αίμα, το ctDNA είναι δύσκολο να απομονωθεί και να αναλυθεί. Υπάρχει μια απόκλιση των συγκεντρώσεων ctDNA μεταξύ δειγμάτων ορού και πλάσματος. Φαίνεται ότι ο ορός αίματος παρά το πλάσμα αίματος είναι μια καλύτερη πηγή ctDNA. Σε μελέτη του Umetani και συναδέλφων, οι συγκεντρώσεις ctDNA βρέθηκαν να είναι σταθερά χαμηλές στο πλάσμα σε σύγκριση με τον ορό λόγω πιθανής απώλειας κυκλοφορούντος ϋΝΑ κατά τη διάρκεια του καθαρισμού, καθώς η πήξη και άλλες πρωτεΐνες εξαλείφονται κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας του δείγματος.
Σύμφωνα με τον Heitzer και τους συναδέλφους του, εδώ είναι μερικά συγκεκριμένα ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν για να αξιοποιήσουν τις διαγνωστικές δυνατότητες του ctDNA:
Πρώτον, πρέπει να τυποποιηθούν οι προαναλυτικές διαδικασίες .... Η επιλογή μιας μεθόδου απομόνωσης που εξασφαλίζει την εξαγωγή επαρκούς ποσότητας DNA υψηλής ποιότητας είναι κρίσιμη και έχει αποδειχθεί ότι οι προαναλυτικοί παράγοντες της δειγματοληψίας και επεξεργασίας αίματος μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απόδοση του DNA .... Δεύτερον, ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα είναι η έλλειψη εναρμόνισης των μεθόδων ποσοτικοποίησης. Οι διαφορετικές μέθοδοι ποσοτικού προσδιορισμού, ... παράγουν διαφορετικά αποτελέσματα, επειδή αυτές οι μετρήσεις στοχεύουν είτε σε ολικό είτε μόνο ενισχυμένο DNA .... Τρίτον, λιγότερα είναι γνωστά για την προέλευση και τον λεπτομερή μηχανισμό απελευθέρωσης ctDNA και στις περισσότερες μελέτες συγχέονται γεγονότα που μπορεί επίσης να συνεισφέρουν στην απελευθέρωση του ctDNA.
Στοχευμένες και μη προσανατολισμένες προσεγγίσεις
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις κατά την ανάλυση πλάσματος αίματος (ή ορού) για το ctDNA. Η πρώτη προσέγγιση στοχεύει και αναζητά συγκεκριμένες γενετικές αλλαγές ενδεικτικές των όγκων. Η δεύτερη προσέγγιση είναι μη στοχοθετημένη και περιλαμβάνει μια γενική ανάλυση γονιδιώματος που αναζητά το ctDNA που αντανακλά τον καρκίνο. Εναλλακτικά, η αλληλουχία εξόμης έχει χρησιμοποιηθεί ως μια πιο αποδοτική από πλευράς κόστους, μη προσανατολισμένη προσέγγιση. Εξόμοι είναι τα τμήματα του DNA που μεταγράφονται για να παράγουν πρωτεΐνες.
Με στοχοθετημένες προσεγγίσεις, ο ορός αναλύεται για γνωστές γενετικές μεταλλάξεις σε ένα μικρό σύνολο μεταλλάξεων οδηγού.
Οι μεταλλάξεις οδηγών αναφέρονται σε μεταλλάξεις στο γονιδίωμα που προάγουν ή "οδηγούν" την ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων. Αυτές οι μεταλλάξεις περιλαμβάνουν KRAS ή EGFR .
Λόγω της τεχνολογικής προόδου τα τελευταία χρόνια, έχουν καταστεί εφικτές στοχοθετημένες προσεγγίσεις για την ανάλυση του γονιδιώματος για μικρές ποσότητες ctDNA. Αυτές οι τεχνολογίες περιλαμβάνουν ARMS (σύστημα ανθεκτικής μετάλλαξης ενίσχυσης). ψηφιακή PCR (dPCR). σφαιρίδια, γαλακτώματα, ενίσχυση και μαγνητικά (BEAMing). και βαθιά αλληλουχία (CAPP-Seq).
Παρόλο που υπήρξαν τεχνολογικές εξελίξεις που καθιστούν δυνατή την στοχοθετημένη προσέγγιση, η στοχοθετημένη προσέγγιση στοχεύει μόνο σε μερικές θέσεις μεταλλάξεων (hotspots) και χάνει πολλές μεταλλάξεις οδηγού όπως γονίδια καταστολής όγκων.
Το κύριο όφελος από μη στοχοθετημένες προσεγγίσεις στην υγρή βιοψία είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλους τους ασθενείς λόγω του γεγονότος ότι η δοκιμή δεν βασίζεται σε επαναλαμβανόμενες γενετικές αλλαγές. Οι επαναλαμβανόμενες γενετικές αλλαγές δεν καλύπτουν όλους τους καρκίνους και δεν αποτελούν συγκεκριμένες υπογραφές καρκίνου. Παρ 'όλα αυτά, αυτή η προσέγγιση στερείται αναλυτικής ευαισθησίας και η ολοκληρωμένη ανάλυση γονιδιωμάτων όγκου δεν είναι ακόμη δυνατή.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η τιμή της αλληλουχίας ενός ολόκληρου γονιδιώματος έχει μειωθεί σημαντικά. Το 2006, η τιμή της αλληλουχίας ολόκληρου του γονιδιώματος ήταν περίπου $ 300.000 (USD). Μέχρι το 2017, το κόστος είχε μειωθεί σε περίπου $ 1.000 (USD) ανά γονιδίωμα, συμπεριλαμβανομένων των αντιδραστηρίων και της απόσβεσης των μηχανημάτων προσδιορισμού αλληλουχίας.
Κλινική χρησιμότητα υγρής βιοψίας
Οι αρχικές προσπάθειες για χρήση του ctDNA ήταν διαγνωστικά και συγκριτικά επίπεδα σε υγιείς ασθενείς με αυτά των ασθενών με καρκίνο ή των ασθενών με καλοήθη νόσο. Τα αποτελέσματα αυτών των προσπαθειών ήταν μικτά, με μερικές μόνο μελέτες να δείχνουν σημαντικές διαφορές που δείχνουν καρκίνο, κατάσταση χωρίς νόσο ή υποτροπή.
Ο λόγος για τον οποίο το ctDNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μερικοί από τους χρόνους για τη διάγνωση του καρκίνου οφείλεται στο γεγονός ότι ποικίλες ποσότητες ctDNA προέρχονται από όγκους. Όλοι οι όγκοι "δεν ρίχνουν" το DNA στο ίδιο ποσό. Σε γενικές γραμμές, πιο προηγμένοι, ευρέως διαδεδομένοι όγκοι ρίχνουν περισσότερο DNA στην κυκλοφορία από ότι οι πρώιμοι, εντοπισμένοι, όγκοι. Επιπλέον, διάφοροι τύποι όγκων ρίχνουν διαφορετικές ποσότητες DNA στην κυκλοφορία. Το κλάσμα του κυκλοφορούντος ϋΝΑ που προέρχεται από έναν όγκο είναι ευρέως μεταβλητό σε μελέτες και τύπους καρκίνου, που κυμαίνονται από 0,01% έως 93%. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, γενικά, μόνο μια μειονότητα του ctDNA προέρχεται από τον όγκο, το υπόλοιπο προέρχεται από φυσιολογικούς ιστούς.
Το κυκλοφορούν DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προγνωστικός δείκτης της νόσου. Το κυκλοφορούν DNA θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των αλλαγών στον καρκίνο με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, μία μελέτη έδειξε ότι το ποσοστό επιβίωσης δύο ετών σε ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου (δηλαδή ο αριθμός των ασθενών που ζουν τουλάχιστον δύο χρόνια μετά τη διάγνωση με καρκίνο του παχέος εντέρου) και οι μεταλλάξεις hotspot KRAS ήταν 100% αντίστοιχο κυκλοφορούν DNA. Επιπλέον, είναι πιθανό ότι στο εγγύς μέλλον, το κυκλοφορούν DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των προκαρκινικών αλλοιώσεων.
Το κυκλοφορούν DNA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της αντίδρασης στη θεραπεία. Επειδή το κυκλοφορούν DNA παρουσιάζει μια καλύτερη γενική εικόνα της γενετικής σύνθεσης των όγκων, αυτό το DNA πιθανότατα περιέχει διαγνωστικό ϋΝΑ, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του διαγνωστικού DNA που επιτυγχάνεται από τους ίδιους τους όγκους.
Τώρα, ας ρίξουμε μια ματιά σε ορισμένα συγκεκριμένα παραδείγματα της υγρής βιοψίας.
Guardant360
Η Guardant Health ανέπτυξε μια δοκιμή που χρησιμοποιεί ακολουθία επόμενης γενιάς στο προφίλ του κυκλοφορούντος DNA για μεταλλάξεις και χρωμοσωμικές αναδιατάξεις για 73 γονίδια που σχετίζονται με τον καρκίνο. Η Guardant Health δημοσίευσε μια μελέτη που αναφέρει τη χρησιμότητα της υγρής βιοψίας στην ογκολογία. Η μελέτη χρησιμοποίησε δείγματα αίματος από 15.000 ασθενείς με συνδυασμένους 50 τύπους όγκων.
Ως επί το πλείστον, τα αποτελέσματα από τη δοκιμή υγρής βιοψίας ευθυγραμμίζονται με μεταβολές γονιδίων που παρατηρούνται σε βιοψίες όγκου.
Σύμφωνα με το NIH:
Ο Guardant360 ταυτοποίησε τις ίδιες κρίσιμες μεταλλάξεις σε σημαντικά γονίδια που σχετίζονται με τον καρκίνο όπως τα EGFR, BRAF, KRAS και PIK3CA σε συχνότητες πολύ παρόμοιες με εκείνες που είχαν εντοπιστεί προηγουμένως σε δείγματα βιοψίας όγκου, στατιστικά συσχετιζόμενες στο 94% έως 99%.
Επιπλέον, σύμφωνα με το NIH οι ερευνητές ανέφεραν τα εξής:
Σε μια δεύτερη συνιστώσα της μελέτης, οι ερευνητές αξιολόγησαν περίπου 400 ασθενείς - οι περισσότεροι από τους οποίους είχαν καρκίνο του πνεύμονα ή του ορθού - που είχαν διαθέσιμα τόσο τα ctDNA του αίματος όσο και τα αποτελέσματα του DNA του ιστού του όγκου και συνέκριναν τα πρότυπα γενωμικών αλλαγών. Η συνολική ακρίβεια της υγρής βιοψίας σε σύγκριση με τα αποτελέσματα από τις αναλύσεις βιοψίας όγκου ήταν 87%. Η ακρίβεια αυξήθηκε στο 98% όταν τα δείγματα αίματος και όγκου συλλέχθηκαν εντός 6 μηνών το ένα από το άλλο.
Ο Guardant360 ήταν ακριβής αν και τα επίπεδα του κυκλοφορούντος DNA στο αίμα ήταν χαμηλά. Συχνά, το DNA του όγκου που κυκλοφορεί περιείχε μόνο το 0,4% του DNA στο αίμα.
Συνολικά, χρησιμοποιώντας υγρή βιοψία, οι ερευνητές του Guardant κατάφεραν να εντοπίσουν τους δείκτες όγκων που θα μπορούσαν να κατευθύνουν τη θεραπεία από τους γιατρούς στο 67% των ασθενών. Αυτοί οι ασθενείς ήταν επιλέξιμοι για θεραπείες εγκεκριμένες από το FDA καθώς και για ερευνητικές θεραπείες.
ctDNA και καρκίνου του πνεύμονα
Το 2016, ο FDA ενέκρινε τη δοκιμασία μετάλλαξης EGFR cobas για να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μεταλλάξεων του EGFR στο κυκλοφορούν DNA των ασθενών με καρκίνο του πνεύμονα. Η δοκιμή αυτή ήταν η πρώτη βιοψία με υγρή βιοψία εγκεκριμένη από την FDA και εντόπισε ασθενείς οι οποίοι μπορεί να υποβάλλονται σε θεραπεία με στοχευμένες θεραπείες χρησιμοποιώντας erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) και gefitinib (Iressa) ως θεραπεία πρώτης γραμμής και osimeritinib (Tagrisso) θεραπεία δεύτερης γραμμής. Αυτές οι στοχευμένες θεραπείες επιτίθενται σε καρκινικά κύτταρα με ειδικές μεταλλάξεις του EGFR .
Είναι σημαντικό, λόγω του υψηλού αριθμού των ψευδώς αρνητικών αποτελεσμάτων, ο FDA συνιστά να ληφθεί ένα δείγμα βιοψίας ιστού από έναν ασθενή που έχει αρνητική υγρή βιοψία.
ctDNA και καρκίνου του ήπατος
Ο αριθμός των ατόμων που πεθαίνουν από καρκίνο του ήπατος έχει αυξηθεί τα τελευταία 20 χρόνια. Επί του παρόντος, ο καρκίνος του ήπατος είναι η δεύτερη κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο στον κόσμο. Δεν υπάρχουν διαθέσιμοι καλοί βιοδείκτες για τον εντοπισμό και την ανάλυση του ήπατος, ή του ηπατοκυτταρικού (HCC) καρκίνου. Το κυκλοφορούν DNA θα μπορούσε να είναι ένας καλός βιοδείκτης για τον καρκίνο του ήπατος.
Εξετάστε την ακόλουθη παραπομπή από τον Lagbaa και τους συν-συγγραφείς σχετικά με τη δυνατότητα χρήσης κυκλοφορούντος DNA για τη διάγνωση καρκίνου του ήπατος:
Η υπερμεθυλίωση των RASSF1A, p15 και p16 έχει προταθεί ως έγκαιρα διαγνωστικά εργαλεία σε μια αναδρομική μελέτη που περιλαμβάνει 50 ασθενείς με HCC. Μια υπογραφή τεσσάρων ανώμαλων μεθυλιωμένων γονιδίων (APC, GSTP1, RASSF1A και SFRP1) δοκιμάστηκε επίσης για διαγνωστική ακρίβεια, ενώ η μεθυλίωση του RASSF1A αναφέρθηκε ως προγνωστικός βιοδείκτης. Οι μεταγενέστερες μελέτες ανέλυαν το ctDNA σε ασθενείς με HCC χρησιμοποιώντας τεχνολογίες βαθιάς αλληλουχίας .... Εντυπωσιακά, ανιχνεύθηκαν αριθμοί αντιγράφων DNA σε δύο φορείς HBV χωρίς προηγούμενο ιστορικό HCC τη στιγμή της συλλογής αίματος, αλλά οι οποίοι εμφάνισαν HCC κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης. Αυτό το εύρημα άνοιξε την πόρτα για να αξιολογήσει την παραλλαγή αριθμού αντιγράφων στο ctDNA ως εργαλείο διαλογής για πρόωρη ανίχνευση HCC.
Ένα Word Από
Οι υγρές βιοψίες αποτελούν μια συναρπαστική νέα προσέγγιση στη γονιδιωματική διάγνωση. Επί του παρόντος, ορισμένες υγρές βιοψίες, οι οποίες προσφέρουν ολοκληρωμένο μοριακό προφίλ, είναι διαθέσιμες στους γιατρούς για να συμπληρώσουν τις γενετικές πληροφορίες που αποκτώνται από τη βιοψία ιστών. Υπάρχουν επίσης ορισμένες υγρές βιοψίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί της βιοψίας ιστών - όταν δεν υπάρχουν βιοψίες ιστών.
Είναι σημαντικό να έχετε κατά νου ότι πολλές δοκιμές υγρής βιοψίας βρίσκονται σε εξέλιξη και πρέπει να γίνουν περισσότερες έρευνες για να εξευρεθεί η θεραπευτική χρησιμότητα αυτής της παρέμβασης.
> Πηγές:
> Η εξέταση αίματος για γενετικές αλλαγές στους όγκους δείχνει την υπόσχεση ως εναλλακτική στην βιοψία του όγκου. NIH.
> Heitzer Ε, Ulz Ρ, Geigl JB. Κυτταρικό DNA όγκου ως υγρή βιοψία για καρκίνο. Κλινική Χημεία. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva Α. Υγρή βιοψία στον καρκίνο του ήπατος. Ιατρική Ανακάλυψης. 2015, 19 (105): 263-73.
> Υγρή βιοψία: Χρήση DNA στο αίμα για την ανίχνευση, παρακολούθηση και θεραπεία του καρκίνου. NIH.
> Umetani Ν, et αϊ. Υψηλότερη ποσότητα ελεύθερου κυκλοφορούντος DNA στον ορό απ 'ότι στο πλάσμα δεν προκαλείται κυρίως από το μολυσμένο ξένο DNA κατά τη διάρκεια του διαχωρισμού. Ann ΝΥ Acad Sci. 2006, 1075: 299-307.
> Wellstein Α. Γενικές αρχές στη φαρμακοθεραπεία του καρκίνου. Στο: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds. Goodman & Gilman's: Η Φαρμακολογική Βάση της Θεραπευτικής, 13η Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη: McGraw-Hill.