«Этот тест кажется более безопасным, дешевым и точным, чем биопсия сердца, которая в настоящее время является золотым стандартом для обнаружения и мониторинга отторжения трансплантата сердца», — сказал Стивен Квейк, доктор философии, профессор биоинженерии и прикладной физики. "Мы считаем, что это может быть очень полезно в клинике."
Дрожь, профессор Ли Оттерсона в Инженерной школе и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, является старшим автором исследования, которое будет опубликовано 18 июня в журнале Science Translational Medicine. Киран Хуш, доктор медицины, доцент медицины, является другим старшим автором.
Постдокторант Ивейн Де Вламинк, доктор философии, является ведущим автором.
Этот тест, называемый бесклеточным ДНК-тестом, отличается от другого анализа крови, AlloMap, который используется для обнаружения отторжения. В коммерчески доступной программе AlloMap используется образец крови для анализа экспрессии генов иммунной системы, участвующих в отторжении.
Исследователи обнаружили, что бесклеточный ДНК-тест значительно превзошел AlloMap.
«Мы обнаружили, что этот анализ внеклеточной ДНК является очень точным способом диагностики острого отторжения, иногда за несколько недель или месяцев до того, как биопсия обнаружит какие-либо признаки», — сказал Хуш. "Такое раннее обнаружение может предотвратить необратимое повреждение пересаженного органа."
Получателям с признаками отторжения можно назначить лекарства против отторжения, чтобы смягчить атаку иммунной системы. Однако иногда эпизод отторжения бывает слишком сильным и требуется повторная трансплантация.
В настоящее время реципиенты трансплантата сердца проходят десятки биопсий сердца в месяцы и годы после трансплантации. Во время биопсии небольшая трубка продевается через яремную вену на шее, а зубчатые клещи используются для удаления небольших кусочков ткани сердца для анализа.
Процедура неудобна и может вызвать такие осложнения, как нарушение сердечного ритма или повреждение клапана. Это также дорого и требует много времени, и дает результаты, которые могут быть субъективными или могут различаться в зависимости от места отбора пробы в сердце.
Исследование 65 пациентов (21 ребенок и 44 взрослых) расширяет и подтверждает результаты небольшого пилотного исследования, завершенного в 2011 году исследователями из Стэнфорда. В то время как в предыдущем исследовании использовались сохраненные образцы крови и истории болезни семи человек, в новом исследовании наблюдали за пациентами в режиме реального времени до и после трансплантации.
Исследователи напрямую сравнивали результаты одновременно взятых биопсий и образцов крови и отслеживали, как значения менялись в процессе отторжения.
Методика бесклеточной ДНК зависит от наличия в геноме естественных вариабельных областей, называемых однонуклеотидными полиморфизмами или SNP. В 2008 году Ханна Валантин, доктор медицины, затем профессор кардиологии Стэнфордского университета, поняла, что метод секвенирования ДНК, разработанный в лаборатории Quake для выделения небольших количеств ДНК плода из крови беременной женщины, также может быть полезен для отслеживания судьбы трансплантированного орган. (Валантин, соавтор нового исследования, теперь является главным специалистом по разнообразию научных кадров в Национальных институтах здравоохранения.)
Бесклеточный ДНК-тест возможен, потому что сердечные клетки, атакованные и убитые иммунной системой, высвобождают свой генетический материал в кровоток.
Однако трудно выделить крошечную фракцию донорской ДНК из подавляющего большинства реципиентной ДНК, циркулирующей в крови.
В пилотном исследовании 2011 года исследователи впервые использовали присутствие Y-хромосомы для отслеживания донорской ДНК, когда женщина получила сердце от донора-мужчины. Затем они решили использовать различия в SNP; этот метод не требует гендерного несоответствия между донором и реципиентом.
Они обнаружили, что у реципиентов трансплантата, не испытывающих отторжения, донорская ДНК составляла менее 1 процента всей внеклеточной ДНК в крови реципиента. Однако во время эпизодов отторжения процент донорской ДНК увеличивается примерно до 3 или 4 процентов.
В новом исследовании исследователи провели мониторинг 565 образцов от 65 пациентов, чтобы оценить анализ в клинических условиях в реальном времени.
Они обнаружили, что смогли точно определить два основных типа отторжения (опосредованное антителами отторжение и острое клеточное отторжение) у 24 пациентов, перенесших умеренные и тяжелые эпизоды отторжения, одному из которых потребовалась вторая трансплантация. Они также смогли обнаружить признаки отторжения за пять месяцев до того, как биопсия указала на что-либо тревожное.
«Мы хотели протестировать эту технику в более крупном масштабе», — сказал Quake. «Это почти в 10 раз больше пациентов и в 10 раз больше образцов, которые мы проанализировали в пилотном исследовании. Мы обнаружили, что бесклеточный тест донорской ДНК явно лучше, чем биопсия или любой другой метод, который в настоящее время используется для наблюдения за пациентами после трансплантации."
Хотя еще многое предстоит сделать, чтобы внедрить эту технику в клинику для повседневного использования — например, оптимизировать масштабирование и упростить анализ, чтобы можно было быстро обрабатывать отдельные образцы, — исследователи оптимистично настроены в отношении того, что в конечном итоге биопсии будут использоваться только когда анализ крови указывает на потенциальную проблему. Они также надеются, что его можно будет обобщить для обнаружения отторжения органов, отличных от сердца, и для диагностики других проблем, таких как инфекции, от которых страдают реципиенты трансплантата.
«Этот тест может произвести революцию в уходе за нашими пациентами», — сказал Хуш. "Это также может позволить нам проводить несколько диагностических тестов одновременно. Например, мы также можем искать микробные последовательности в образце крови, чтобы исключить инфекцию или другие осложнения, с которыми иногда сталкиваются реципиенты трансплантата.
Это может позволить нам определить, вызвана ли одышка, испытываемая пациентом, инфекцией или началом эпизода отторжения. Это может быть универсальный магазин для множества потенциальных проблем."