Flytande biopsier för att diagnostisera cancer

Typiskt undersöks tumörer med hjälp av vävnadsbiopsier. Ett litet prov tas från tumören och genotyperas eller analyseras för genetisk smink. Problemet med detta tillvägagångssätt är att biopsierande tumörer kan vara utmanande. Vidare ger en tumörbiopsi endast en ögonblicksbild av tumören.
Skriva i Discovery Medicine I 2015 anger Labgaa och medförfattare följande om konventionell tumörbiopsi:
"Av uppenbara skäl är det svårt att övervaka tumörutvecklingen genom sekventiella biopsier. Även biopsi speglar endast en enda fläck av tumören och är därför osannolikt att representera hela spektrat av somatiska mutationer i stora tumörer. Ett alternativ skulle vara att erhålla multipel biopsier för samma tumör, men det här alternativet verkar inte vara realistiskt eller korrekt. "
Vätskebiopsi innefattar mätning av cirkulerande DNA (ctDNA) och andra tumörbiprodukter i blodprover erhållna från patienter med cancer. Detta framväxande diagnostiska tillvägagångssätt lovar att vara snabb, noninvasiv och kostnadseffektiv.

Historien om flytande biopsi

1948, Mandel och Métais, identifierade ett par franska forskare först ctDNA i blodet av friska människor. Denna upptäckt var före sin tid, och det var inte förrän årtionden senare att ctDNA undersöktes ytterligare.
1977 identifierade Leon och kollegor först ökade mängder ctDNA i cancerpatienternas blod. År 1989 identifierade Stroun och kollegor neoplastiska egenskaper (dvs cancer) i blodet. Efter dessa upptäckter identifierade flera andra grupper specifika mutationer i tumörsuppressorer och onkogener, instabilitet hos mikrosatelliter och DNA-metylering, vilket visade att ctDNA frisätts i cirkulationen av tumörer.
Även om vi vet att ctDNA härrörande från tumörceller cirkulerar i blodet är ursprunget, frisättningsfrekvensen och frigöringsmekanismen för detta DNA oklart, med forskning som ger motstridiga resultat. Vissa undersökningar tyder på att mer maligna tumörer innehåller mer döda cancerceller och släpper ut mer ctDNA. En del undersökningar tyder dock på att alla celler släpper ut ctDNA. Trots det verkar det troligt att cancer tumörer frisätter ökade nivåer av ctDNA i blodet, vilket gör ctDNA till en bra biomarkör av cancer.
På grund av kraftig fragmentering och låga koncentrationer i blodet är ctDNA svår att isolera och analysera. Det föreligger en skillnad mellan ctDNA-koncentrationer mellan serum- och plasmaprover. Det verkar som om blodserum snarare än blodplasma är en bättre källa till ctDNA. I en studie av Umetani och kollegor befanns ctDNA-koncentrationer vara konsekvent låg i plasma jämfört med serumet på grund av möjlig förlust av cirkulerande DNA under rening, eftersom koagulering och andra proteiner elimineras under provframställning.
Enligt Heitzer och kollegor är här några specifika problem som måste lösas för att utnyttja den diagnostiska potentialen av ctDNA:
"Först måste preanalytiska förfaranden standardiseras .... Urval av en isoleringsmetod som säkerställer extraktion av tillräcklig mängd högkvalitativt DNA är kritiskt och det har visat sig att preanalytiska faktorer för blodprovtagning och -behandling kan påverka DNA-utbytet starkt .... För det andra är en av de viktigaste frågorna bristen på harmonisering av kvantifieringsmetoder. Olika kvantifieringsmetoder, ... ger olika resultat eftersom dessa mätningar antingen riktar sig mot total eller enda förstärkbar DNA .... För det tredje är mindre känt om ursprunget och den detaljerade mekanismen för ctDNA-frisättning, och i de flesta studier konfronterar händelser som också kan bidra till frisättningen av ctDNA. "

Riktade kontra otillbörliga tillvägagångssätt

För närvarande är det två huvudmetoder som tas vid analys av blodplasma (eller serum) för ctDNA. Den första metoden är riktade och letar efter specifika genetiska förändringar som indikerar tumörer. Det andra tillvägagångssättet är icke-inriktat och involverar en genom-bred analys som letar efter ctDNA som reflekterar cancer. Alternativt har exome-sekvensering använts som ett mer kostnadseffektivt, oriktat tillvägagångssätt. Utgifter är de delar av DNA som transkriberas för att göra protein.
Med riktade metoder analyseras serum för kända genetiska mutationer i en liten uppsättning drivmutationer. Drivermutationer hänvisar till mutationer i genomet som främjar eller "driver" tillväxten av cancerceller. Dessa mutationer inkluderar KRAS eller EGFR.
På grund av tekniska framsteg de senaste åren har riktade metoder för analys av genomet för små mängder ctDNA blivit genomförbara. Dessa tekniker inkluderar ARMS (amplifieringsbristande mutationssystem); digital PCR (dPCR); pärlor, emulsioner, amplifiering och magnetik (BEAMing); och djup sekvensering (CAPP-Seq).
Trots att det har förekommit framsteg inom teknik som gör det riktade tillvägagångssättet möjligt, riktar den riktade metoden bara några ställningar av mutationer (hotspots) och saknar många drivmutationer såsom tumörsuppressorgener.
Den främsta fördelen med otänkta tillvägagångssätt för flytande biopsi är att de kan användas till alla patienter på grund av att testet inte är beroende av återkommande genetiska förändringar. Återkommande genetiska förändringar täcker inte alla cancerformer och är inte specifika cancerunderskrifter. Detta tillvägagångssätt saknar dock analytisk känslighet och omfattande analys av tumörgener är ännu inte möjligt.
Observera har priset för sekvensering ett helt genom minskat avsevärt. Under 2006 var priset på sekvensering hela genomet cirka $ 300 000 (USD). Vid 2017 hade kostnaden sjunkit till ungefär $ 1.000 (USD) per genom, inklusive reagens och avskrivning av sekvenseringsmaskiner.

Kliniskt nyttjande av flytande biopsi

Initiala ansträngningar att använda ctDNA var diagnostiska och jämförda nivåer hos friska patienter med cancerpatienter eller personer med godartad sjukdom. Resultaten av dessa ansträngningar var blandade, med endast några studier som visade signifikanta skillnader som indikerar cancer, sjukdomsfri status eller återfall.
Anledningen till att ctDNA endast kan användas en del av tiden för att diagnostisera cancer är att variabla mängder ctDNA härrör från tumörer. Inte alla tumörer "skur" DNA i samma mängd. I allmänhet kasta mer avancerade, utbredda tumörer mer DNA i cirkulation än tidiga, lokaliserade tumörer. Dessutom skur olika tumortyper olika mängder DNA i cirkulationen. Fraktionen av cirkulerande DNA som härrör från en tumör är mycket varierbar mellan studier och cancertyper, som sträcker sig från 0,01% till 93%. Det är viktigt att notera att i allmänhet endast en minoritet av ctDNA härleds från tumören, resten kommer från normala vävnader.
Cirkulerande DNA kan användas som en prognostisk markör för sjukdom. Cirkulerande DNA kan användas för att övervaka förändringar i cancer över tiden. Exempelvis visade en studie att överlevnadsfrekvensen för två år hos patienter med kolorektal cancer (dvs antalet patienter som fortfarande lever minst två år efter diagnos med kolorektal cancer) och KRAS hotspotmutationer var 100 procent hos dem utan bevis på motsvarande cirkulerande DNA. Dessutom är det möjligt att cirkulerande DNA inom en nära framtid kan användas för att övervaka precancerösa lesioner.
Cirkulerande DNA kan också användas för att övervaka respons på terapi. Eftersom cirkulerande DNA-proffers ger en bättre övergripande bild av den genetiska sminken av tumörer innehåller detta DNA sannolikt diagnostiskt DNA, vilket kan användas istället för att diagnostiskt DNA uppnåtts från tumörer själva.
Låt oss nu titta på några specifika exempel på flytande biopsi.

Guardant360

Guardant Health utvecklade ett test som använder nästa generations sekvensering för att profilera cirkulerande DNA för mutationer och kromosomala omarrangemang för 73 cancerrelaterade gener. Guardant Health publicerade en studie som rapporterade nyttan av flytande biopsi i onkologi. Studien använde blodprover från 15 000 patienter med kombinerade 50 tumortyper.
För det mesta är resultaten från det flytande biopsitestet i linje med genförändringar observerade i tumörbiopsier.
Enligt NIH:
"Guardant360 identifierade samma kritiska mutationer i viktiga cancerrelaterade gener som EGFR, BRAF, KRAS, och PIK3CA vid frekvenser som väsentligen liknar vad som tidigare hade identifierats i tumörbiopsiprover, korrelerande statistiskt till 94% till 99%. "
Vidare rapporterade forskarna enligt NIH följande:
"I en andra del av studien utvärderade forskarna nästan 400 patienter - varav de flesta hade lung- eller kolorektal cancer - som hade både blodctDNA- och tumörvävnads-DNA-resultat tillgängliga och jämförde mönstren för genomiska förändringar. Den övergripande noggrannheten hos vätskan biopsi i jämförelse med resultaten från tumörbiopsianalyserna var 87%. Noggrannheten ökade till 98% när blod och tumörprover samlades inom 6 månader av varandra. "
Guardant360 var korrekt trots att nivåerna av cirkulerande DNA i blodet var låga. Ofta bildade cirkulerande tumör DNA endast 0,4 procent av DNA i blodet.
Övergripande, med hjälp av flytande biopsi, kunde Guardant-forskarna identifiera tumörmarkörer som kunde styra behandling av läkare hos 67 procent av patienterna. Dessa patienter var berättigade till FDA-godkända behandlingar samt undersökande terapier.

ctDNA och lungcancer

I 2016 godkände FDA cobas EGFR Mutation Test som ska användas för detektering av EGFR mutationer i det cirkulerande DNA hos patienter med lungcancer. Detta test var den första FDA-godkända flytande biopsin och identifierade patienter som kan vara kandidater för behandling med riktade terapier med användning av erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) och gefitinib (Iressa) som förstahandsbehandling och osimeritinib (Tagrisso) som andrahandsbehandling. Dessa riktade terapier attackerar cancerceller med specifika EGFR mutationer.
Det är viktigt att FDA rekommenderar att ett vävnadsbiopsiprov också tas från en patient som har en negativ flytande biopsi på grund av det höga antalet falsk-negativa resultat..

ctDNA och levercancer

Antalet personer som dör av levercancer har ökat under de senaste 20 åren. För närvarande är levercancer den ledande orsaken till cancerdöd i världen. Det finns inga bra biomarkörer tillgängliga för att upptäcka och analysera lever- eller hepatocellulär (HCC), cancer. Cirkulerande DNA kan vara en bra biomarkör för levercancer.
Tänk på följande citat från Lagbaa och medförfattare om potentialen att använda cirkulerande DNA för att diagnostisera levercancer:
"Hypermetylering av RASSF1A, p15 och p16 har föreslagits som tidiga diagnostiska verktyg i en retrospektiv studie med 50 HCC-patienter. En signatur av fyra aberrantly-metylerade gener (APC, GSTP1, RASSF1A och SFRP1) testades också för diagnostisk noggrannhet, medan metylering av RASSF1A rapporterades som en prognostisk biomarkör. Efterföljande studier analyserade ctDNA hos HCC-patienter med användning av djup sekvenseringsteknik ... Påtagligt avvikande DNA-kopiantal detekterades i två HBV-bärare utan tidigare historia av HCC vid blodsamlingen men som utvecklade HCC under uppföljningen. Detta resultat öppnade dörren för att utvärdera kopieringsvariationen i ctDNA som ett screeningsverktyg för tidig HCC-detektering. "

Ett ord från Verywell

Flytande biopsier är ett spännande nytt tillvägagångssätt för genomisk diagnos. För närvarande finns vissa flytande biopsier, som erbjuder omfattande molekylär profilering, tillgängliga för läkare för att komplettera genetisk information som erhållits från vävnadsbiopsi. Det finns också vissa flytande biopsier som kan användas istället för vävnadsbiopsi - när vävnadsbiopsier inte är tillgängliga.
Det är viktigt att komma ihåg att många flytande biopsiförsök för närvarande är pågående och mer forskning behöver göras för att bekämpa den terapeutiska användningen av denna intervention.