Biopsi cair menggunakan darah-bukan tumor tisu-untuk mendiagnosis kanser
Biasanya, tumor diperiksa menggunakan biopsi tisu. Sampel kecil diambil dari tumor dan genotip, atau dianalisis untuk solek genetik. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahawa tumor biopsy boleh mencabar. Tambahan pula, biopsi tumor hanya memberi gambaran tumor.
Menulis dalam Discovery Medicine pada tahun 2015, Labgaa dan penulis bersama menyatakan tentang biopsi tumor konvensional:
Atas alasan yang jelas, sukar untuk memantau evolusi tumor dengan biopsi berurutan. Juga, biopsi hanya mencerminkan satu tempat tumor tunggal dan oleh itu tidak mungkin mewakili keseluruhan spektrum mutasi somatik dalam tumor besar. Alternatifnya adalah untuk mendapatkan pelbagai biopsi untuk tumor yang sama, tetapi pilihan ini nampaknya tidak realistik atau tepat.
Biopsi cair melibatkan ukuran DNA yang beredar (ctDNA) dan produk sampingan tumor lain dalam sampel darah yang diperolehi daripada pesakit kanser. Pendekatan diagnostik yang muncul ini menjanjikan menjadi pesat, tidak terinspirasi dan kos efektif.
Sejarah Biopsi Cecair
Pada tahun 1948, Mandel dan Metais, sepasang penyelidik Perancis pertama kali mengenal pasti ctDNA dalam darah orang yang sihat. Penemuan ini lebih awal daripada masa, dan tidak sampai dekad kemudian ctDNA diteruskan lagi.
Pada tahun 1977, Leon dan rakan-rakan pertama mengenal pasti peningkatan jumlah ctDNA dalam darah pesakit kanser.
Menjelang 1989, Stroun dan rakan-rakan mengenal pasti ciri-ciri neoplastik (iaitu, kanser) dalam darah. Selepas penemuan ini, beberapa kumpulan lain mengenal pasti mutasi tertentu dalam penekan tumor dan onkogen, ketidakstabilan mikrosatelit, dan metilasi DNA, yang membuktikan bahawa ctDNA dilepaskan ke peredaran oleh tumor.
Walaupun kita tahu bahawa ctDNA berasal dari sel-sel tumor yang beredar dalam darah, asal, kadar pelepasan, dan mekanisme pembebasan DNA ini tidak jelas, dengan penyelidikan menghasilkan hasil yang bertentangan. Sesetengah penyelidikan menunjukkan bahawa tumor lebih ganas mengandungi lebih banyak sel kanser mati dan melepaskan lebih banyak ctDNA. Walau bagaimanapun, beberapa kajian mencadangkan bahawa semua sel melepaskan ctDNA. Walau bagaimanapun, nampaknya tumor kanser melepaskan peningkatan tahap ctDNA ke dalam darah, menjadikan ctDNA sebagai biomarker kanser yang baik.
Kerana pemecahan berat dan kepekatan rendah dalam darah, ctDNA sukar untuk mengasingkan dan menganalisis. Terdapat perbezaan kepekatan ctDNA antara sampel serum dan plasma. Nampaknya serum darah dan bukannya plasma darah adalah sumber ctDNA yang lebih baik. Dalam kajian oleh Umetani dan rakan-rakan, kepekatan ctDNA didapati rendah secara konsisten dalam plasma berbanding dengan serum kerana kemungkinan kehilangan DNA yang beredar semasa pembersihan, kerana pembekuan dan protein-protein lain dihapuskan semasa penyediaan spesimen.
Menurut Heitzer dan rekan, berikut adalah beberapa masalah khusus yang perlu diselesaikan untuk memanfaatkan potensi diagnostik ctDNA:
Pertama, prosedur preanalytical perlu diselaraskan .... Pemilihan kaedah pengasingan yang menjamin pengekstrakan jumlah DNA yang berkualiti tinggi adalah kritikal dan telah ditunjukkan bahawa faktor-faktor preanalytical pensampelan dan pemprosesan darah boleh memberi kesan kuat kepada hasil DNA .... Kedua, salah satu isu yang paling penting ialah kekurangan harmonisasi kaedah kuantisasi. Kaedah kuantifikasi yang berbeza, ... menghasilkan hasil yang berbeza kerana ukuran ini mensasarkan sama ada jumlah atau hanya DNA yang dapat dikuatkan .... Ketiga, kurang diketahui mengenai asal usul dan mekanisme terperinci pelepasan ctDNA, dan dalam banyak kajian peristiwa-peristiwa yang membingungkan yang mungkin juga menyumbang kepada pembebasan ctDNA.
Menargetkan vs Pendekatan Untargeted
Pada masa ini, terdapat dua pendekatan utama yang diambil semasa menganalisis plasma darah (atau serum) untuk ctDNA. Pendekatan pertama disasarkan dan mencari perubahan genetik spesifik yang menunjukkan tumor. Pendekatan kedua tidak ditargetkan dan melibatkan analisis genom luas mencari ctDNA reflektif kanser. Sebagai alternatif, exome sequencing telah digunakan sebagai pendekatan yang lebih efektif dan tidak bertarget. Exom adalah bahagian-bahagian DNA yang ditranskripsikan untuk membuat protein.
Dengan pendekatan yang disasarkan, serum dianalisis untuk mutasi genetik yang diketahui dalam satu set kecil mutasi pemandu.
Mutasi pemandu merujuk kepada mutasi dalam genom yang menggalakkan, atau "mendorong," pertumbuhan sel-sel kanser. Mutasi ini termasuk KRAS atau EGFR .
Kerana kemajuan teknologi pada tahun-tahun kebelakangan ini, pendekatan yang disasarkan untuk analisis genom untuk jumlah kecil ctDNA telah menjadi mungkin. Teknologi ini termasuk ARMS (amplifikasi sistem mutasi refraktori); digital PCR (dPCR); manik, emulsi, penguatan, dan magnetik (BEAMing); dan penjujukan yang mendalam (CAPP-Seq).
Walaupun terdapat kemajuan dalam teknologi yang membuat pendekatan yang disasarkan mungkin, pendekatan yang disasarkan hanya mensasarkan beberapa jawatan mutasi (hotspot) dan merindukan banyak mutasi pemandu seperti gen penindas tumor.
Manfaat utama pendekatan tidak bertarget untuk biopsi cair adalah mereka boleh digunakan pada semua pesakit kerana fakta bahawa ujian tidak bergantung pada perubahan genetik berulang. Perubahan genetik berulang tidak meliputi semua jenis kanser dan bukan tandatangan kanser khusus. Walau bagaimanapun, pendekatan ini tidak mempunyai sensitiviti analitik dan analisis komprehensif genom tumor belum lagi mungkin.
Daripada catatan, harga penjujukan seluruh genom telah banyak jatuh. Pada tahun 2006, harga penjujukan seluruh genom adalah kira-kira $ 300,000 (USD). Menjelang tahun 2017, kos telah menurun kepada kira-kira $ 1,000 (USD) setiap genom, termasuk reagen dan pelunasan mesin penjujukan.
Utiliti Klinikal Biopsi Cecair
Usaha awal untuk menggunakan ctDNA adalah tahap diagnostik dan perbandingan pada pesakit yang sihat dengan pesakit kanser atau yang mempunyai penyakit jinak. Hasil usaha ini bercampur-campur, dengan hanya beberapa kajian menunjukkan perbedaan yang signifikan menunjukkan kanser, status bebas penyakit, atau kambuh.
Sebab mengapa ctDNA boleh digunakan hanya beberapa waktu untuk mendiagnosis kanser adalah kerana jumlah yang berubah-ubah ctDNA berasal dari tumor. Tidak semua tumor "menumpahkan" DNA dalam jumlah yang sama. Secara umum, tumor yang lebih canggih dan meluas melambatkan lebih banyak DNA ke dalam peredaran daripada melakukan tumor awal, setempat, tumor. Selain itu, jenis tumor yang berbeza menumpahkan sejumlah besar DNA ke dalam peredaran. Sebahagian kecil daripada DNA yang beredar yang berasal dari tumor berubah secara meluas dalam kajian dan jenis kanser, dari 0.01% hingga 93%. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa, secara umum, hanya minoritas ctDNA yang berasal dari tumor, yang lain datang dari tisu biasa.
DNA pengedaran boleh digunakan sebagai penanda penyakit prognostik. DNA pengedaran boleh digunakan untuk memantau perubahan kanser dari masa ke masa. Sebagai contoh, satu kajian menunjukkan bahawa kadar survival selama dua tahun pada pesakit kanser kolorektal (iaitu bilangan pesakit masih hidup sekurang-kurangnya dua tahun selepas diagnosis dengan kanser kolorektal) dan mutasi hotspot KRAS adalah 100 peratus pada mereka tanpa bukti DNA yang beredar sama. Lebih-lebih lagi, dalam masa terdekat, DNA yang beredar boleh digunakan untuk memantau luka-luka yang terdahulunya.
DNA pengedaran juga boleh digunakan untuk memantau tindak balas terhadap terapi. Kerana DNA yang beredar memperlihatkan gambaran keseluruhan yang lebih baik dari susunan genetik tumor, DNA ini mungkin mengandungi DNA diagnostik, yang boleh digunakan dan bukannya DNA diagnostik yang diperoleh dari tumor sendiri.
Sekarang, mari kita lihat beberapa contoh spesifik biopsi cair.
Guardant360
Health Guardant membangunkan ujian yang menggunakan penjujukan generasi berikutnya kepada profil yang beredar DNA untuk mutasi dan penyusunan semula kromosom untuk 73 gen yang berkaitan dengan kanser. Guardant Health menerbitkan sebuah kajian yang melaporkan utiliti biopsi cair dalam onkologi. Kajian ini menggunakan sampel darah daripada 15,000 pesakit dengan gabungan 50 jenis tumor.
Untuk sebahagian besar, keputusan dari ujian biopsi cair sejajar dengan perubahan gen yang diperhatikan dalam biopsi tumor.
Menurut NIH:
Guardant360 mengenal pasti mutasi kritikal yang sama dalam gen berkaitan kanser penting seperti EGFR, BRAF, KRAS , dan PIK3CA pada frekuensi yang hampir sama dengan apa yang telah dikenalpasti dalam contoh biopsi tumor, berkorelasi secara statistik kepada 94% hingga 99%.
Tambahan pula, menurut NIH penyelidik melaporkan perkara berikut:
Dalam komponen kedua kajian, para penyelidik menilai hampir 400 pesakit-kebanyakannya mempunyai kanser paru-paru atau kolorektal-yang mempunyai kedua-dua ctDNA darah dan hasil DNA tisu tumor tersedia dan membandingkan corak perubahan genomik. Ketepatan keseluruhan biopsi cair berbanding dengan hasil daripada analisis biopsi tumor adalah 87%. Ketepatan meningkat kepada 98% apabila sampel darah dan tumor dikumpulkan dalam tempoh 6 bulan antara satu sama lain.
Guardant360 adalah tepat walaupun tahap pengedaran DNA dalam darah adalah rendah. Sering kali, DNA tumor yang beredar hanya membentuk 0.4 peratus daripada DNA dalam darah.
Secara keseluruhan, menggunakan biopsi cair, penyelidik Guardant dapat mengenal pasti penanda tumor yang boleh dirawat oleh doktor secara 67 peratus daripada pesakit. Pesakit-pesakit ini layak mendapat rawatan yang diluluskan oleh FDA serta terapi penyiasatan.
ctDNA dan kanser paru-paru
Pada tahun 2016, FDA meluluskan Ujian Mutasi EGFR cobas untuk digunakan untuk mengesan mutasi EGFR dalam DNA yang beredar pesakit dengan kanser paru-paru. Ujian ini merupakan biopsi cecair yang diluluskan oleh FDA dan mengenal pasti pesakit yang mungkin calon untuk rawatan dengan terapi yang disasarkan menggunakan erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif), dan gefitinib (Iressa) sebagai rawatan lini pertama, dan osimeritinib (Tagrisso) rawatan talian kedua. Terapi yang disasarkan ini menyerang sel kanser dengan mutasi EGFR tertentu.
Yang penting, kerana jumlah hasil palsu yang negatif, FDA mengesyorkan agar sampel biopsi tisu juga diambil dari pesakit yang mempunyai biopsi cair negatif.
ctDNA dan Kanser Hati
Bilangan orang yang mati akibat kanser hati telah meningkat sejak 20 tahun yang lalu. Pada masa ini, kanser hati adalah punca utama kematian kanser di dunia. Tiada biomarker yang baik untuk mengesan dan menganalisis hati, atau hepatoselular (HCC), kanser. Pengedaran DNA boleh menjadi biomarker yang baik untuk kanser hati.
Pertimbangkan kutipan berikut dari Lagbaa dan penulis bersama mengenai potensi menggunakan DNA yang beredar untuk mendiagnosis kanser hati:
Hipermetilasi RASSF1A, p15, dan p16 telah dicadangkan sebagai alat diagnostik awal dalam kajian retrospektif termasuk 50 pesakit HCC. Tanda tangan empat gen methylated (APC, GSTP1, RASSF1A, dan SFRP1) juga diuji untuk ketepatan diagnostik, manakala metilasi RASSF1A dilaporkan sebagai biomarker prognostik. Kajian seterusnya menganalisis ctDNA dalam pesakit HCC menggunakan teknologi penjujukan yang mendalam .... Mengesankan, nombor salinan DNA yang mengecil dikesan dalam dua pembawa HBV tanpa sejarah HCC pada masa pengumpulan darah, tetapi yang membangunkan HCC semasa susulan. Temuan ini membuka pintu untuk menilai variasi nombor salin dalam ctDNA sebagai alat pemeriksaan untuk pengesanan awal HCC.
A Word From
Biopsi cair merupakan pendekatan baru yang menarik untuk diagnosis genomik. Pada masa ini, biopsi cecair tertentu, yang menawarkan profil molekul komprehensif, boleh didapati untuk pakar perubatan untuk melengkapkan maklumat genetik yang diperoleh daripada biopsi tisu. Terdapat juga biopsi cecair tertentu yang boleh digunakan sebagai pengganti biopsi tisu - apabila biopsi tisu tidak tersedia.
Penting untuk diingat bahawa banyak ujian biopsi cair sedang dijalankan dan lebih banyak penyelidikan perlu dilakukan untuk memanfaatkan utiliti terapeutik intervensi ini.
> Sumber:
> Ujian Darah untuk Perubahan Genetik Tumor Menunjukkan Janji sebagai Alternatif untuk Biopsi Tumor. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Mengedarkan DNA Tumor sebagai Biopsi Cair untuk Kanser. Kimia Klinikal. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Biopsi cair dalam kanser hati. Perubatan Discovery. 2015; 19 (105): 263-73.
> Biopsi Cecair: Menggunakan DNA dalam Darah untuk Mengesan, Melacak, dan Mengubati Kanser. NIH.
> Umetani N, et al. Lebih banyak DNA beredar bebas dalam serum daripada plasma bukan disebabkan terutamanya oleh DNA luaran yang tercemar semasa pemisahan. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Prinsip Umum dalam Farmakoterapi Kanser. In: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds. Goodman & Gilman: Asas Farmakologi Terapeutik, 13e New York, NY: McGraw-Hill.