Flytende biopsier bruker blod-ikke-tumorvev - for å diagnostisere kreft
Typisk blir tumorer undersøkt ved hjelp av vevsbiotikk. En liten prøve tas fra svulsten og genotypes, eller analyseres for genetisk sminke. Problemet med denne tilnærmingen er at biopsierende svulster kan være utfordrende. Videre gir en svulstbiopsi bare et øyeblikksbilde av svulsten.
Skrive i Discovery Medicine i 2015, oppgir Labgaa og medforfattere følgende om konvensjonell tumorbiopsi:
Av åpenbare årsaker er det vanskelig å overvåke svulst evolusjon ved sekvensielle biopsier. Også, biopsi speiler bare et enkelt sted av svulsten og er derfor usannsynlig å representere hele spekteret av somatiske mutasjoner i store svulster. Et alternativ ville være å skaffe flere biopsier for den samme svulsten, men dette alternativet virker verken realistisk eller nøyaktig.
Flytende biopsi involverer måling av sirkulerende DNA (ctDNA) og andre tumorbiprodukter i blodprøver oppnådd fra pasienter med kreft. Denne nye diagnostiske tilnærmingen lover å være rask, ikke-invasiv og kostnadseffektiv.
Historien om flytende biopsi
I 1948, Mandel og Métais, identifiserte et par franske forskere først ctDNA i blodet av friske mennesker. Denne oppdagelsen var foran sin tid, og det var ikke før tiår senere at ctDNA ble ytterligere utforsket.
I 1977 identifiserte Leon og kollegaer økte mengder ctDNA i blodet av kreftpasienter.
I 1989 identifiserte Stroun og kollegaer neoplastiske egenskaper (dvs. kreft) i blodet. Etter disse funnene identifiserte flere andre grupper spesifikke mutasjoner i svulster suppressorer og onkogener, mikrosatellitt ustabilitet og DNA-metylering, som viste at ctDNA frigjøres i sirkulasjonen av svulster.
Selv om vi vet at ctDNA avledet fra tumorceller sirkulerer i blodet, er opprinnelsen, frigivelseshastigheten og frigjøringsmekanismen for dette DNA uklart, med forskning som gir motstridende resultater. Noen undersøkelser tyder på at flere ondartede svulster inneholder mer døde kreftceller og frigjør mer ctDNA. Imidlertid foreslår noen undersøkelser at alle celler frigjør ctDNA. Likevel synes det sannsynlig at kreftformige tumorer frigjør økte nivåer av ctDNA i blodet, noe som gjør ctDNA til en god biomarkør av kreft.
På grunn av kraftig fragmentering og lave konsentrasjoner i blodet, er ctDNA vanskelig å isolere og analysere. Det er en uoverensstemmelse mellom ctDNA-konsentrasjonene mellom serum- og plasmaprøver. Det ser ut til at blods serum i stedet for blodplasma er en bedre kilde til ctDNA. I en studie av Umetani og kollegaer ble ctDNA-konsentrasjoner funnet å være konsekvent lave i plasma sammenlignet med serumet på grunn av mulig tap av sirkulerende DNA under rensing, da koagulering og andre proteiner elimineres under prøvefremstilling.
Ifølge Heitzer og kolleger er det noen spesifikke problemer som må løses for å utnytte det diagnostiske potensialet til ctDNA:
Først må preanalytiske prosedyrer standardiseres .... Utvelgelse av en isolasjonsmetode som sikrer utvinning av tilstrekkelig mengde høyverdig DNA er kritisk, og det har vist seg at preanalytiske faktorer for blodprøvetaking og behandling kan sterkt påvirke DNA-utbyttet .... For det andre er en av de viktigste problemene mangelen på harmonisering av kvantifiseringsmetoder. Ulike kvantifiseringsmetoder, ... produserer forskjellige resultater fordi disse målingene retter seg mot totalt eller bare amplifiserbart DNA .... For det tredje er mindre kjent om opprinnelsen og den detaljerte mekanismen for ctDNA-utgivelse, og i de fleste studier konfronterer hendelser som også kan bidra til frigjøring av ctDNA.
Målrettet mot uønskede tilnærminger
For tiden er det to hovedmetoder tatt ved analyse av blodplasma (eller serum) for ctDNA. Den første tilnærmingen er målrettet og ser etter bestemte genetiske endringer som indikerer tumorer. Den andre tilnærmingen er ikke-målrettet og involverer en genom-bred analyse som ser etter ctDNA som reflekterer kreft. Alternativt har exome-sekvensering blitt brukt som en mer kostnadseffektiv, ikke-rettet tilnærming. Utgifter er delene av DNA som transkriberes for å lage protein.
Med målrettede tilnærminger analyseres serum for kjente genetiske mutasjoner i et lite sett med sjåførmutasjoner.
Drivermutasjoner refererer til mutasjoner i genomet som fremmer eller "driver" veksten av kreftceller. Disse mutasjonene inkluderer KRAS eller EGFR .
På grunn av teknologiske fremskritt de siste årene har målrettede tilnærminger til analysen av genomet for små mengder ctDNA blitt mulig. Disse teknologiene inkluderer ARMS (amplifikasjon ildfast mutasjonssystem); digital PCR (dPCR); perler, emulsjoner, amplifikasjon og magnetikk (BEAMing); og dyp sekvensering (CAPP-Seq).
Selv om det har vært fremskritt innen teknologi som gjør målrettet tilnærming mulig, retter den målrettede tilnærmingen bare mot enkelte posisjoner av mutasjoner (hotspots) og mangler mange drivermutasjoner som svulsterundertrykkende-gener.
Den største fordelen med ikke-målrettede tilnærminger til væskebiopsi er at de kan brukes til alle pasienter på grunn av at testen ikke stole på gjentatte genetiske endringer. Gjentatte genetiske endringer dekker ikke alle kreftformer og er ikke spesifikke kreft signaturer. Likevel mangler denne tilnærmingen analytisk følsomhet, og omfattende analyse av tumorgener er ikke mulig ennå.
Av anmerkning har prisen på sekvensering et helt genom blitt vesentlig falt. I 2006 var prisen på sekvensering hele genomet ca $ 300 000 (USD). Innen 2017 hadde kostnaden gått ned til ca. $ 1000 (USD) per genom, inkludert reagenser og amortisering av sekvenseringsmaskiner.
Klinisk bruk av flytende biopsi
Første innsats for bruk av ctDNA var diagnostisk og sammenlignet nivå hos friske pasienter med kreftpasienter eller de med godartet sykdom. Resultatene av disse forsøkene ble blandet, med bare noen studier som viste signifikante forskjeller som indikerer kreft, sykdomsfri status eller tilbakefall.
Årsaken til at ctDNA kun kan brukes en del av tiden til å diagnostisere kreft er fordi variable mengder ctDNA er avledet fra svulster. Ikke alle tumorer "shed" DNA i samme mengde. Generelt sprer mer avanserte, utbredte svulster mer DNA inn i sirkulasjonen enn tidlig, lokalisert, svulster. I tillegg kaster forskjellige svulstetyper forskjellige mengder DNA inn i sirkulasjonen. Fraksjonen av sirkulerende DNA som er avledet fra en svulst, er bredt variabel i forhold til studier og krefttyper, som varierer fra 0,01% til 93%. Det er viktig å merke seg at i alminnelighet bare en minoritet av ctDNA er avledet fra svulsten, resten kommer fra normalt vev.
Sirkulerende DNA kan brukes som en prognostisk markør for sykdom. Sirkulerende DNA kan brukes til å overvåke endringer i kreft over tid. For eksempel viste en studie at toårsoverlevelsesrate hos pasienter med kolorektal kreft (dvs. antall pasienter som fortsatt lever minst to år etter diagnose med kolorektal kreft) og KRAS- hotspotmutasjonene var 100 prosent i de uten bevis på tilsvarende sirkulerende DNA. Videre er det mulig at sirkulerende DNA i nær fremtid kan brukes til å overvåke precancerøse lesjoner.
Sirkulerende DNA kan også brukes til å overvåke respons på terapi. Fordi sirkulerende DNA profferer et bedre overordnet bilde av den genetiske sminke av tumorer, inneholder dette DNA sannsynligvis diagnostisk DNA, som kan brukes i stedet for diagnostisk DNA oppnådd fra tumorer selv.
Nå, la oss ta en titt på noen konkrete eksempler på flytende biopsi.
Guardant360
Guardant Health utviklet en test som bruker neste generasjons sekvensering til profilering av sirkulerende DNA for mutasjoner og kromosomale omarrangementer for 73 kreftrelaterte gener. Guardant Health publiserte en studie som rapporterte nytten av væskebiopsi i onkologi. Studien brukte blodprøver fra 15.000 pasienter med kombinert 50 svulst typer.
For det meste, ble resultatene fra væskebiopsittesten justert med genendringer observert i tumorbiopsier.
Ifølge NIH:
Guardant360 identifiserte de samme kritiske mutasjonene i viktige kreftrelaterte gener som EGFR, BRAF, KRAS og PIK3CA ved frekvenser som ligner på det som tidligere hadde blitt identifisert i tumorbiopsiprøver, som statistisk korrelerer til 94% til 99%.
Videre rapporterte forskerne i henhold til NIH følgende:
I en annen komponent av studien evaluerte forskerne nesten 400 pasienter, hvorav de fleste hadde lunge- eller kolorektal kreft. De hadde både blod ctDNA og tumorvev DNA-resultater tilgjengelige og sammenlignet mønstrene av genomiske endringer. Den overordnede nøyaktigheten av væskebiopsien i forhold til resultatene fra tumorbiopsianalysene var 87%. Nøyaktigheten økte til 98% da blod og svulstprøver ble samlet innen 6 måneder av hverandre.
Guardant360 var nøyaktig, selv om nivåene av sirkulerende DNA i blodet var lave. Ofte utgjorde sirkulerende tumor-DNA bare 0,4 prosent av DNA i blodet.
Samlet, ved hjelp av flytende biopsi, var de Guardant-forskerne i stand til å identifisere tumormarkører som kunne lede behandling av leger hos 67 prosent av pasientene. Disse pasientene var kvalifisert for FDA-godkjente behandlinger samt undersøkelsesbehandlinger.
ctDNA og lungekreft
I 2016 godkjente FDA cobas EGFR-mutasjonstesten som skal brukes til påvisning av EGFR- mutasjoner i sirkulerende DNA hos pasienter med lungekreft. Denne testen var den første FDA-godkjente væskebiopsien og identifiserte pasienter som kan være kandidater til behandling med målrettede terapier som bruker erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) og gefitinib (Iressa) som førstelinjebehandling, og osimeritinib (Tagrisso) som andre linje behandling. Disse målrettede terapiene angriper kreftceller med spesifikke EGFR- mutasjoner.
Viktig, på grunn av det høye antallet falsk-negative resultater, anbefaler FDA at en vævsbiopsiprøve også tas fra en pasient som har en negativ væskebiopsi.
ctDNA og leverkreft
Antallet personer som har død i leveren kreft har økt de siste 20 årene. Foreløpig er leverkreft den nest største årsaken til kreftdød i verden. Det finnes ingen gode biomarkører tilgjengelig for å oppdage og analysere lever- eller hepatocellulær (HCC), kreft. Sirkulerende DNA kan være en god biomarkør for leveren kreft.
Tenk på følgende sitat fra Lagbaa og medforfattere om potensialet for å bruke sirkulerende DNA for å diagnostisere leverkreft:
Hypermethylering av RASSF1A, p15 og p16 har blitt foreslått som tidlig diagnostisk verktøy i en retrospektiv studie, inkludert 50 HCC-pasienter. En underskrift av fire aberrantly metylerte gener (APC, GSTP1, RASSF1A og SFRP1) ble også testet for diagnostisk nøyaktighet, mens metylering av RASSF1A ble rapportert som en prognostisk biomarkør. Etterfølgende studier analyserte ctDNA hos HCC-pasienter ved bruk av dype sekvenseringsteknologier. Det ble oppdaget avvigende DNA-kopieringsnumre i to HBV-bærere uten tidligere HCC-historikk ved blodsamlingen, men som utviklet HCC under oppfølging. Dette funnet åpnet døren for å evaluere kopieringsvariant i ctDNA som et skjermverktøy for tidlig HCC-deteksjon.
Et ord fra
Flytende biopsier er en spennende ny tilnærming til genomisk diagnose. For tiden er visse væskebiopsier, som tilbyr omfattende molekylær profilering, tilgjengelige for leger som komplementerer genetisk informasjon hentet fra vevbiopsi. Det er også visse flytende biopsier som kan brukes i stedet for vevbiopsi - når vevsbiopsier ikke er tilgjengelige.
Det er viktig å huske på at mange flytende biopsiforsøk er i gang, og det må gjøres mer forskning for å utarbeide terapeutisk nytte av denne intervensjonen.
> Kilder:
> Blodtest for genetiske endringer i tumorer viser lover som alternativ til tumorbiopsi. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Sirkulerende Tumor DNA som en flytende biopsi for kreft. Klinisk kjemi. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Flytende biopsi i leveren kreft. Discovery Medicine. 2015; 19 (105): 263-73.
> Flytende biopsi: Bruk av DNA i blod for å oppdage, spore og behandle kreft. NIH.
> Umetani N, et al. Høyere mengde fritt sirkulerende DNA i serum enn i plasma skyldes ikke hovedsakelig forurenset ekstern DNA under separasjon. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Generelle prinsipper i farmakoterapi. I: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds. Goodman & Gilman's: The Pharmacological Basis of Therapeutics, 13e New York, NY: McGraw-Hill.