В сообщении в Nature Communications команда демонстрирует, что почти 90 процентов генетических особенностей опухоли могут быть обнаружены в образцах крови с помощью секвенирования всего экзома, и что этот метод может быть эффективно применен у 49 процентов пациентов с запущенным раком. число, вероятно, увеличится по мере удешевления секвенирования. Этот менее инвазивный отбор образцов опухоли как окно в геном рака имеет ряд потенциальных применений.«Наша окончательная надежда — использовать биопсию крови для исчерпывающего поиска и характеристики даже мельчайших остатков опухолей», — объяснил Виктор Адальстейнссон, соавтор статьи и руководитель группы в Институте Броуда, где он возглавляет команду по биопсии крови. «И поскольку опухоли развиваются на более поздних стадиях рака, развивают резистентность или становятся метастатическими, мы можем получить доступ к временным точкам, которые могут иметь решающее значение при принятии решения о том, какие методы лечения подходят для этого пациента».Эта способность обнаруживать и анализировать ДНК рака в образце крови пациента становится многообещающей альтернативой инвазивной хирургической биопсии, которая может быть сложной, болезненной и дорогостоящей, особенно когда опухоли появились в труднодоступных местах.
Биопсия крови (также называемая жидкой биопсией) способна решить многие из этих проблем. Они могут позволить врачам отслеживать прогресс заболевания и лечения в режиме реального времени и помочь исследователям понять, как опухоли сопротивляются лечению с гораздо большим разрешением.Понимание рака без инвазивных процедур
Клетки в организме, в том числе опухолевые, после смерти регулярно выбрасывают фрагменты ДНК в кровоток. С помощью биопсии крови врачи собирают эту «бесклеточную» ДНК из анализа крови, а затем обнаруживают и всесторонне профилируют фрагменты, происходящие из раковых клеток.
Отслеживание этих данных может дать возможность отслеживать рецидив рака, реакцию пациента на лечение и другие клинически важные особенности, и все это по образцам крови.Арена исследований и разработок биопсии крови часто посещается как академическими, так и отраслевыми игроками, но с масштабируемым секвенированием всего экзома команда во главе с Адальстейнссоном и его коллегами Гэвином Ха, Сэмом Фрименом, Мэтью Мейерсоном, Дж.
Кристофером Лавом и Гэдом Гетцем является двигаться в новом и инновационном направлении.Для компиляции полного экзома из фрагментов ДНК в настоящее время требуется не менее 10 процентов опухолевой ДНК в образце крови, но доля опухолевой ДНК в крови может сильно варьироваться от пациента к пациенту.
Из-за этого разнообразия команда сначала хотела беспристрастного подхода к обнаружению и измерению уровней ДНК рака, прежде чем пытаться выполнить секвенирование всего экзома.В этой области многие методы биопсии крови обнаруживают опухолевую ДНК путем скрининга мутаций в известных генах, связанных с раком, но это целевое секвенирование пропускает рак без этих мутаций.
Соавтор исследования Ха, научный сотрудник Института Броуда и Института рака Дана-Фарбер (DFCI), возглавил разработку инструмента под названием ichorCNA, который может анализировать фрагменты ДНК на предмет мутационных паттернов, почти универсальных в геномах рака, и в результате захватывать рак с известными и неизвестными мутациями. Ха сосредоточился на обнаружении участков ДНК, которые имеют меньше или больше копий в раковых клетках, в отличие от здоровых клеток.Исследовательская группа проверила и уточнила ichorCNA на 1439 образцах крови, проспективно собранных у 520 пациентов с метастатическим раком груди или простаты в DFCI (значительные усилия, предпринятые медицинскими онкологами Атишем Чоудхури, Дэниелом Стовером, Хизер Парсонс, Нихилом Ваглом и коллегами).
Используя этот подход, исследователи обнаружили, что у 33–49 процентов пациентов с метастатическим раком груди и простаты, в зависимости от того, был ли исследован один или несколько образцов крови, опухолевая ДНК составляла более 10 процентов бесклеточной ДНК в их крови. — достаточно, чтобы сделать возможным полное экзомное секвенирование внеклеточной ДНК.Затем, чтобы определить, может ли это секвенирование внеклеточной ДНК опухоли предложить тот же уровень понимания генетики рака, что и биопсия ткани, команда сравнила биопсию опухоли, полученную хирургическим путем, с данными, полученными при секвенировании всего экзома внеклеточной ДНК из группа из 41 пациента.
Исследователи обнаружили, что генетические данные, полученные в результате секвенирования цельного экзома крови и биопсии тканей, значительно совпадают по ряду генетических характеристик, таких как клональные соматические мутации (совпадение 88 процентов) и изменения числа копий (совпадение 80 процентов).Эти результаты подтверждают внеклеточное секвенирование всего экзома ДНК из образцов крови в качестве потенциальной замены секвенированию биопсии метастатической опухоли для многих пациентов.«Наше исследование продемонстрировало, что мы можем надежно получить цельный экзом рака из крови; что он отражает подобранную биопсию опухоли; и что это можно сделать для значительной части пациентов с метастатическим раком», — сказал Адальштейнссон. «Эта проверка предполагает, что мы можем использовать биопсию крови для крупномасштабной геномной характеристики болезни у пациентов с метастатическим раком».«Это открывает возможности для многих исследований, которые мы не могли проводить раньше», — добавил Гетц, член института и директор группы вычислительного анализа генома рака в Broad, доцент кафедры патологии и директор отдела биоинформатики в Массачусетской больнице рака.
Центр и отделение патологии. «Технология позволит нам отслеживать динамику рака и понимать эволюцию лекарственной устойчивости или развитие метастатического состояния, что невозможно при хирургической биопсии».Новое исследование улучшает конвейер анализа биопсии крови и позволяет выполнять ее в расширенном масштабе. Исследователи активно применяют свою работу к тысячам пациентов с метастатическим раком, у которых иначе не было бы биопсии опухоли.
«Благодаря этой работе у нас теперь есть структура для точного измерения и контроля качества опухолевой ДНК в плазме, что позволяет проводить геномный анализ биопсии крови с высокой технической точностью», — пояснил Мейерсон, член института в Broad и профессор патологии в DFCI. и Гарвардская медицинская школа.Метод уже используется пациентами для исследования рака.Благодаря успеху команды, ichorCNA и последующее секвенирование внеклеточной ДНК во всем экзоме были включены в сотрудничество с платформой геномики Broad Institute, чтобы обеспечить всестороннее картирование метастатических и устойчивых к лекарствам опухолей из образцов крови в любом масштабе.
Этот подход также был интегрирован в исследования, направленные непосредственно на пациентов, проводимые в Broad, включая проект по метастатическому раку молочной железы (MBC), программу помощи пациентам, в рамках которой собирают образцы слюны и тканей, а теперь и образцы крови, взятые из метастатической груди. онкологические пациенты для секвенирования ДНК для дальнейших терапевтических исследований. Аналогичные усилия по включению биопсии крови предпринимаются в рамках проекта по ангиосаркоме и предстоящего проекта по метастатическому раку простаты.
«Мы рады использовать биопсию крови, чтобы понять метастатический рак молочной железы, лекарственную устойчивость и эволюцию опухоли, а также получить снимок метастатического состояния у пациентов, у которых может не быть доступной ткани в результате метастатической биопсии», — сказал Нихил Вагл, научный сотрудник. член Института Броуда, заместитель директора Центра точной медицины рака при DFCI и руководитель проекта MBC. «С последними результатами группы по биопсии крови стало ясно, что эта технология достигла нужной точки для включения в проект по метастатическому раку молочной железы».Средства для выполнения крупномасштабной биопсии крови могут позволить исследователям и клиницистам легкий доступ к геному рака, что имеет захватывающие последствия для того, как врачи отслеживают реакцию на лечение, отслеживают рецидивы и многое другое. Возможность частого и неинвазивного мониторинга рака и его лечения может изменить клинические испытания, повысить разрешение, с которым клиницисты понимают метастатический рак, и потенциально повысить доступность качественных подходов к точной медицине.
«Использование внеклеточной ДНК для отслеживания рака — не новая идея, но мы разрабатываем инструменты, чтобы понять, как мы можем лучше квалифицировать материалы для этих типов анализов, и мы делаем это таким образом, чтобы — сказал Лав, ассоциированный член Broad, доцент кафедры химической инженерии Массачусетского технологического института и член Института интегративных исследований рака при Массачусетском технологическом институте имени Коха. «Мы установили показатели качества, чтобы убедиться, что эта технология является рентабельной и масштабируемой для тысяч пациентов и образцов в год».