بیوپسی مایع استفاده از بافت تومور خون - برای تشخیص سرطان
به طور معمول تومورها با بیوپسی بافت مورد بررسی قرار می گیرند. یک نمونه کوچک از تومور و ژنوتیپ گرفته شده یا برای آرایش ژنتیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. مشکل این رویکرد این است که تومورهای بیوپسی ممکن است چالش برانگیز باشند. علاوه بر این، بیوپسی تومور تنها تصویری از تومور را فراهم می کند.
در سال 2015، نوشتن در پزشکی کشف ، Labgaa و همکارانش در موارد بیوپسی تومور معمولی شرح داده شده است:
به دلایل آشکار، با بررسی بیوپسی های متوالی، تکامل تومور را کنترل می کند. همچنین، بیوپسی فقط یک نقطه از تومور را نشان می دهد و بعید است که تمام جهش های سوپنتی در تومورهای بزرگ را نمایان سازد. یک جایگزین برای به دست آوردن نمونه برداری چندگانه برای یک تومور است، اما این گزینه به نظر نمی رسد واقع بینانه و دقیق است.
بیوپسی مایع شامل اندازه گیری DNA هدایت کننده (ctDNA) و سایر محصولات جانبی تومور در نمونه های خون دریافت شده از بیماران مبتلا به سرطان است. این روش تشخیصی در حال ظهور وعده سریع، غیرشفاف و مقرون به صرفه است.
تاریخچه بیوپسی مایع
در سال 1948، ماندل و ماتا، یک زوج محققان فرانسوی ابتدا ctDNA را در خون افراد سالم شناسایی کردند. این کشف پیش از زمان خود پیش رفت و تنها چند دهه بعد این موضوع کشف شد.
در سال 1977، لئون و همکارانش ابتدا مقادیر بیشتری از ctDNA را در خون بیماران سرطانی شناسایی کردند.
در سال 1989، استروون و همکارانش ویژگی های نئوپلاستیکی (یعنی سرطان) را در خون مشخص کردند. پس از این اکتشافات، چندین گروه دیگر جهش های خاصی را در سرکوب کننده های تومور و انکوژن، بی ثباتی میکروسیمتر و متیلاسیون DNA نشان دادند که نشان می دهد ctDNA در تومور به گردش خون آزاد می شود.
اگر چه ما می دانیم که ctDNA حاصل از سلول های تومور در خون جریان دارد، منشاء، میزان انتشار و مکانیزم انتشار این DNA مشخص نیست و نتایج حاصل از تحقیقات نتایج متناقضی دارد. برخی تحقیقات نشان می دهد که تومورهای بدخیم بیشتر دارای سلول های سرطانی مرده تر و انتشار ctDNA بیشتری هستند. با این حال، برخی تحقیقات نشان می دهد که تمام سلول ها ctDNA را آزاد می کنند. با این وجود، به نظر می رسد احتمال دارد تومورهای سرطانی سطح سیترات را به خون افزایش دهند و ctDNA را یک نشانگر زیست شناختی خوب از سرطان است.
به دلیل قطعی سنگین و غلظت کم خون، ctDNA برای جداسازی و تجزیه و تحلیل دشوار است. اختلاف غلظت ctDNA بین نمونه های سرم و پلاسما وجود دارد. به نظر می رسد که سرم خون به جای پلاسمای خون یک منبع بهتر از ctDNA است. در مطالعه Umetani و همکاران، غلظت ctDNA در پلاسما نسبت به سرم به علت از دست دادن احتمالی DNA در حال گردش در حین تصفیه یافت، به این ترتیب که انعقاد و سایر پروتئین ها در طی آماده سازی نمونه ها از بین می روند.
با توجه به هیتزر و همکارانش، در اینجا برخی از مسائل خاصی که باید برای به دست آوردن پتانسیل تشخیص ctDNA حل و فصل شوند:
اول، روشهای پیشآمدی باید استاندارد شوند ... انتخاب یک روش جداسازی که نتیجه استخراج مقدار کافی از DNA با کیفیت بالا را تامین می کند، بسیار مهم است و نشان داده شده است که عوامل پیشآگهی نمونه برداری و پردازش خون می تواند بر عملکرد DNA تاثیر بسزایی داشته باشد .... دوم اینکه یکی از مهمترین مسائل عدم هماهنگ سازی روش های اندازه گیری است. روش های مختلف اندازه گیری ... نتایج مختلفی تولید می کنند، زیرا این اندازه گیری ها یا DNA کامل یا تنها قابل تقویت را هدف قرار می دهند .... سوم، کمتر در مورد منشاء و مکانیزم دقیق انتشار ctDNA شناخته شده است و در اغلب مطالعات حوادثی که ممکن است در انتشار سیترناسلامی نیز نقش داشته باشد.
هدفمند در مقابل رویکردهای غیر هدفمند
در حال حاضر، دو روش اصلی برای تجزیه و تحلیل پلاسمای خون (یا سرم) برای ctDNA وجود دارد. اولین رویکرد هدف قرار گرفته است و به دنبال تغییرات ژنتیکی خاص نشان دهنده تومور است. رویکرد دوم بی هدف است و شامل یک تجزیه و تحلیل گسترده ژنوم به دنبال ctDNA بازتابنده از سرطان است. به همین ترتیب، توالی آماری Exome نیز به عنوان یک رویکرد مقرون به صرفه و غیر هدفمند مورد استفاده قرار گرفته است. Exomes بخش هایی از DNA هستند که برای تولید پروتئین رونویسی می شوند.
با استفاده از رویکردهای هدفمند، سرم برای جهش های شناخته شده ژنتیکی در یک مجموعه کوچک از جهش های راننده مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.
جهش درایور به جهش هایی در ژنوم اشاره دارد که باعث رشد یا رشد سلول های سرطانی می شود. این جهش ها عبارتند از KRAS یا EGFR .
به دلیل پیشرفت های تکنولوژیکی در سال های اخیر، رویکردهای هدفمند برای تجزیه و تحلیل ژنوم برای مقادیر کمی از ctDNA امکان پذیر شده است. این فن آوری ها عبارتند از ARMS (سیستم جهش مقاومتی تقویت کننده)؛ PCR دیجیتال (dPCR)؛ دانه ها، امولسیون ها، تقویت و مغناطیس (BEAMing)؛ و توالی عمیق (CAPP-Seq).
با وجودی که پیشرفت هایی در فن آوری وجود دارد که رویکرد هدفمند را امکان پذیر می سازد، رویکرد هدف تنها چند موقعیت جهش ها (نقاط) را هدف قرار می دهد و بسیاری موتاسیون های راننده مانند ژن های سرکوب کننده تومور را از دست می دهد.
مزیت اصلی رویکردهای بی هدف به بیوپسی مایع این است که آنها می توانند در همه بیماران استفاده شوند زیرا این آزمایش بر تغییرات ژنتیکی مجدد تکیه نمی کند. تغییرات ژنتیکی مجدد تمام سرطان ها را پوشش نمی دهد و نشانه هایی خاص از سرطان نیستند. با این وجود، این روش حساسیت تحلیلی ندارد و تجزیه و تحلیل جامع ژنوم های تومور هنوز امکان پذیر نیست.
توجه داشته باشید که قیمت توالی یک ژنوم کل به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است. در سال 2006 قیمت توالی کامل ژنوم حدود 300،000 دلار بود. تا سال 2017 هزینه به حدود 1000 دلار (USD) در هر ژنوم کاهش یافت، از جمله واکنش دهنده ها و amortization ماشین آلات توالی.
سودمندی بالینی بیوپسی مایع
تلاش های اولیه برای استفاده از ctDNA تشخیص داده شد و مقادیر بالینی بیماران سالم را با بیماران سرطانی یا بیماران خوش خیم مقایسه کرد. نتایج این تلاش ها مخلوط شده اند و تنها برخی از مطالعات نشان می دهد که اختلاف معنی داری بین سرطان، وضعیت بیماری و یا عود وجود دارد.
دلیل اینکه چرا ctDNA تنها در بعضی موارد برای تشخیص سرطان استفاده می شود، دلیل آن است که مقدار متغیر ctDNA از تومورها استخراج می شود. نه همه تومورها "DNA" را در همان مقدار "ریخته" می کنند. به طور کلی، تومورهای پیشرفته و گسترده پیشرفته تر DNA را در گردش منتشر می کنند تا تومورهای زودهنگام، محلی شده باشند. علاوه بر این، انواع مختلف تومور، مقادیر مختلف DNA را در گردش آزاد می کنند. فراوانی DNA رونویسی که از تومور حاصل می شود در بین مطالعات و انواع سرطان به طور گسترده ای متغیر است و از 0.01 تا 93 درصد متغیر است. مهم است که توجه داشته باشیم که به طور کلی تنها یک درصد از ctDNA از تومور استخراج می شود، بقیه آن از بافت های طبیعی است.
DNA را می توان به عنوان یک نشانگر پیش آگهی بیماری مورد استفاده قرار داد. DNA منتقل می شود برای نظارت بر تغییرات در سرطان در طول زمان. به عنوان مثال، یک مطالعه نشان داد که میزان بقای دو ساله در بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال (یعنی تعداد بیمارانی که حداقل دو سال بعد از تشخیص با سرطان کولورکتال هنوز زنده هستند) و جهش های کراس موضعی در افراد بدون شواهد دی ان ای در گردش متناظر. علاوه بر این، ممکن است که در آینده نزدیک، DNA رونویسی بتواند برای کنترل ضایعات پیش سرطانی استفاده شود.
DNA ردیابی نیز می تواند برای نظارت بر پاسخ به درمان استفاده شود. از آنجایی که DNA در حال انتقال، تصویر کلیتری از ترکیب ژنتیکی تومورها را ارائه می دهد، این DNA به احتمال زیاد شامل DNA تشخیصی است که می تواند به جای DNA تشخیصی حاصل از تومورها استفاده شود.
اکنون، بیایید نگاهی به برخی نمونه های خاص بیوپسی مایع ببریم.
نگهبان 360
Guardant Health یک آزمایش را انجام داد که توالی ترتیب نسل بعدی را برای نشان دادن DNA رونویسی برای جهش ها و بازسازی کروموزوم ها برای 73 ژن مرتبط با سرطان توسعه داد. Guardant Health یک مطالعه گزارش شده برای استفاده از بیوپسی مایع در انکولوژی منتشر شده است. این مطالعه از نمونه خون 15000 بیمار مبتلا به ترکیبی از 50 نوع تومور استفاده کرده است.
در بیشتر موارد، نتایج آزمایش بیوپسی مایع با تغییرات ژنی در بیوپسی تومور مشاهده شده است.
طبق گفته NIH:
Guardant360 همان جهش های حیاتی را در ژن های مرتبط با سرطان مانند EGFR، BRAF، KRAS و PIK3CA را در فرکانس هایی بسیار مشابه آنچه قبلا در نمونه های بیوپسی تومور شناسایی شده است، به طور آماری مرتبط با 94 تا 99 درصد شناسایی کرده است.
علاوه بر این، طبق NIH، محققان گزارش دادند:
در بخش دوم مطالعه، محققان تقریبا 400 بیمار را مورد بررسی قرار دادند که اکثر آنها مبتلا به سرطان ریه و کولورکتال بودند، که هر دو از DNA CTDNA خون و نتایج تومورهای بافتی موجود بودند و الگوهای تغییرات ژنوم را مقایسه کردند. دقت کلی بیوپسی مایع در مقایسه با نتایج حاصل از آنالیز بیوپسی تومور 87٪ بود. هنگامی که نمونه خون و تومور در طی 6 ماه از یکدیگر جمع آوری شد، دقت آن به 98٪ افزایش یافت.
Guardant360 دقیق بود حتی اگر سطوح DNA منتقل شده در خون کم بود. اغلب DNA های تومور در گردش فقط 0.4 درصد از DNA را در خون تشکیل می دهند.
به طور کلی، با استفاده از بیوپسی مایع، محققان گاردنت توانستند نشانگرهای تومور را شناسایی کنند که می تواند درمان توسط پزشکان در 67 درصد از بیماران باشد. این بیماران واجد شرایط درمان های تایید شده توسط FDA و همچنین درمان های تحقیقاتی بودند.
ctDNA و سرطان ریه
در سال 2016 FDA آزمون موتاسیون EGFR cobas را برای تشخیص جهش EGFR در DNA گردش خون بیماران مبتلا به سرطان ریه تأیید کرد. این آزمایش اولین روش بیوپسی مایع مورد تایید FDA بود و بیماران را شناسایی کرد که ممکن است نامزد درمان با درمان های هدفمند با استفاده از ارلوتینیب (Tarceva)، افاتینیب (گیلوتریف) و Gefitinib (Iressa) به عنوان درمان خط اول و Osimeritinib (Tagrisso) به عنوان خط دوم درمان. این درمان های هدفمند سلول های سرطانی را با جهش های خاص EGFR حمله می کنند.
مهمتر از همه، به علت تعداد زیاد نتایج منفی کاذب، FDA توصیه می کند که یک نمونه بیوپسی بافتی نیز از بیمارانی که دارای بیوپسی مایع مایع هستند گرفته شود.
ctDNA و سرطان کبد
تعداد افراد مبتلا به سرطان کبد طی 20 سال گذشته افزایش یافته است. در حال حاضر، سرطان کبد دومین علت مرگ و میر ناشی از سرطان در جهان است. هیچ نشانگرهای زیست شناختی مناسب برای تشخیص و تجزیه و تحلیل کبد یا سرطان سلول های هپاتوسلولار (HCC) وجود ندارد. DNA غنی می تواند نشانگر بیومارکر مناسب برای سرطان کبد باشد.
نقل قول زیر از Lagbaa و همکارانش در مورد پتانسیل استفاده از DNA در حال انتقال برای تشخیص سرطان کبد را در نظر بگیرید.
Hypermethylation از RASSF1A، p15 و p16 به عنوان ابزار تشخیصی اولیه در یک مطالعه گذشته نگر از جمله 50 بیمار HCC پیشنهاد شده است. یک امضا از چهار ژن متخلخل متداول (APC، GSTP1، RASSF1A و SFRP1) نیز برای دقت تشخیصی مورد آزمایش قرار گرفت، در حالی که متیلاسیون RASSF1A به عنوان نشانگر زیست شناسی پیش آگهی گزارش شد. در ادامه مطالعات، ctDNA را در بیماران HCC با استفاده از تکنیک های توالی های عمیق مورد بررسی قرار داد .... به طور قابل توجهی، تعداد کپی DNA های ناسازگار در دو حامل HBV بدون سابقه HCC در زمان جمع آوری خون شناسایی شد اما HCC در طی پیگیری بررسی شد. این یافته درب را برای ارزیابی تنوع نسخه کپی در ctDNA به عنوان ابزار غربالگری برای تشخیص HCC اولیه باز کرد.
کلمه ای از
بیوپسی مایع یک روش جدید هیجان انگیز برای تشخیص ژنوم است. در حال حاضر، بیوپسی های مایع خاصی که مشخصات مولکولی جامع را ارائه می دهند، به پزشکان برای تکمیل اطلاعات ژنتیکی حاصل از بیوپسی بافت دسترسی دارند. همچنین بیوپسی مایع خاصی وجود دارد که می تواند به جای بیوپسی بافت مورد استفاده قرار گیرد، زمانی که بیوپسی های بافتی در دسترس نیستند.
مهم است که در نظر داشته باشید که بسیاری از آزمایشات بیوپسی مایع در حال حاضر انجام می شود و تحقیقات بیشتری باید انجام شود تا ابعاد درمانی این مداخله را محقق سازد.
> منابع:
> آزمایش خون برای تغییرات ژنتیکی در تومور نشان می دهد که به عنوان جایگزین بیوپسی تومور. NIH
> Heitzer E، Ulz P، Geigl JB. DNA تومور به عنوان بیوپسی مایع برای سرطان. شیمی بالینی. 2015 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J، Villanueva A. بیوپسی مایع در سرطان کبد. دیسکاوری پزشکی 2015؛ 19 (105): 263-73.
> بیوپسی مایع: با استفاده از DNA در خون برای تشخیص، پیگیری و درمان سرطان. NIH
> Umetani N، و همکاران. مقدار بالاتر DNA آزاد در سرم در مقایسه با پلاسما به طور عمده ناشی از DNA خارجی غیر آلوده در طی جداسازی نیست. Ann نیویارک Acad Sci. 2006؛ 1075: 299-307.
> Wellstein A. اصول کلی Pharmacotherapy سرطان. در: Brunton LL، Hilal-Dandan R، Knollmann BC. eds گودمن و گیلمن: مبانی فارماکولوژیک درمانی، 13e نیویورک، نیویورک: McGraw-Hill.