Biopsie liquide per diagnosticare il cancro
Scrivere dentro Scoperta della medicina nel 2015, Labgaa e coautori affermano quanto segue sulla biopsia tumorale convenzionale:
"Per ovvi motivi, è difficile monitorare l'evoluzione del tumore con biopsie sequenziali, inoltre la biopsia riflette solo una singola macchia del tumore ed è quindi improbabile che rappresenti l'intero spettro delle mutazioni somatiche nei tumori di grandi dimensioni. biopsie per lo stesso tumore, ma questa opzione non sembra né realistica né accurata. "
La biopsia liquida comporta la misurazione del DNA circolante (ctDNA) e di altri sottoprodotti tumorali in campioni di sangue ottenuti da pazienti con cancro. Questo approccio diagnostico emergente promette di essere rapido, non invasivo ed economico.
Storia della biopsia liquida
Nel 1948, Mandel e Métais, una coppia di ricercatori francesi identificarono il ctDNA nel sangue di persone sane. Questa scoperta era in anticipo sui tempi, e fu solo alcuni decenni più tardi che il cDNA fu ulteriormente esplorato.Nel 1977, Leon e colleghi hanno prima identificato una maggiore quantità di ctDNA nel sangue dei pazienti oncologici. Nel 1989, Stroun e colleghi identificarono le caratteristiche neoplastiche (cioè il cancro) nel sangue. Dopo queste scoperte, diversi altri gruppi hanno identificato mutazioni specifiche in soppressori tumorali e oncogeni, instabilità dei microsatelliti e metilazione del DNA, che hanno dimostrato che il ctDNA viene rilasciato in circolazione da tumori.
Sebbene sappiamo che il ctDNA derivato dalle cellule tumorali circola nel sangue, l'origine, il tasso di rilascio e il meccanismo di rilascio di questo DNA non sono chiari, con la ricerca che produce risultati contrastanti. Alcune ricerche suggeriscono che più tumori maligni contengono più cellule tumorali morte e rilasciano più ctDNA. Tuttavia, alcune ricerche suggeriscono che tutte le cellule rilasciano ctDNA. Tuttavia, sembra probabile che i tumori cancerogeni rilasciano livelli aumentati di ctDNA nel sangue, rendendo il ctDNA un buon biomarcatore del cancro.
A causa della forte frammentazione e delle basse concentrazioni nel sangue, il ctDNA è difficile da isolare e analizzare. Esiste una discrepanza delle concentrazioni di cDNA tra i campioni di siero e di plasma. Sembra che il siero del sangue piuttosto che il plasma sanguigno sia una fonte migliore di ctDNA. In uno studio condotto da Umetani e colleghi, le concentrazioni di ctDNA sono risultate essere costantemente basse nel plasma rispetto al siero a causa della possibile perdita di DNA circolante durante la purificazione, poiché la coagulazione e altre proteine vengono eliminate durante la preparazione dei campioni.
Secondo Heitzer e colleghi, qui ci sono alcuni problemi specifici che devono essere risolti per sfruttare il potenziale diagnostico del ctDNA:
"In primo luogo, le procedure preanalitiche devono essere standardizzate ... La selezione di un metodo di isolamento che garantisce l'estrazione di una quantità sufficiente di DNA di alta qualità è fondamentale ed è stato dimostrato che i fattori preanalitici del prelievo e del processamento del sangue possono influenzare fortemente la resa del DNA .... In secondo luogo, uno dei problemi più importanti è la mancanza di armonizzazione dei metodi di quantificazione: metodi di quantificazione differenti, ... producono risultati diversi perché queste misurazioni hanno come target il DNA totale o solo amplificabile ... .In terzo luogo, meno si sa sull'origine e il meccanismo dettagliato di rilascio di ctDNA e nella maggior parte degli studi eventi confondenti che potrebbero anche contribuire al rilascio di ctDNA. "
Approcci mirati e non mirati
Attualmente, ci sono due approcci principali presi quando si analizza il plasma sanguigno (o siero) per ctDNA. Il primo approccio è mirato e cerca specifici cambiamenti genetici indicativi di tumori. Il secondo approccio non è mirato e comporta un'analisi dell'intero genoma alla ricerca di ctDNA riflettente del cancro. In alternativa, il sequenziamento dell'esoma è stato utilizzato come approccio più economico e non mirato. Gli exomi sono le porzioni di DNA che vengono trascritte per produrre proteine.Con approcci mirati, il siero viene analizzato per le mutazioni genetiche note in un piccolo insieme di mutazioni del driver. Le mutazioni del driver si riferiscono a mutazioni nel genoma che promuovono, o "guidano", la crescita delle cellule tumorali. Queste mutazioni includono KRAS o EGFR.
A causa dei progressi tecnologici negli ultimi anni, sono diventati fattibili approcci mirati all'analisi del genoma per piccole quantità di ctDNA. Queste tecnologie includono ARMS (sistema di mutazione refrattario di amplificazione); digital PCR (dPCR); perle, emulsioni, amplificazione e magnetici (BEAMing); e sequenziamento profondo (CAPP-Seq).
Anche se ci sono stati progressi nella tecnologia che rendono possibile l'approccio mirato, l'approccio mirato si rivolge solo a poche posizioni di mutazioni (hotspot) e manca un sacco di mutazioni di driver come i geni oncosoppressori.
Il principale vantaggio degli approcci non mirati alla biopsia liquida è che possono essere utilizzati in tutti i pazienti a causa del fatto che il test non si basa su ricorrenti cambiamenti genetici. I cambiamenti genetici ricorrenti non coprono tutti i tumori e non sono specifici firme tumorali. Tuttavia, questo approccio manca di sensibilità analitica e l'analisi completa dei genomi tumorali non è ancora possibile.
Da notare, il prezzo del sequenziamento di un intero genoma è sostanzialmente diminuito. Nel 2006, il prezzo del sequenziamento dell'intero genoma era di circa $ 300.000 (USD). Entro il 2017, il costo era sceso a circa $ 1.000 (USD) per genoma, compresi i reagenti e l'ammortamento delle macchine di sequenziamento.
Utilità clinica di biopsia liquida
Gli sforzi iniziali per utilizzare il ctDNA erano diagnostici e hanno confrontato i livelli di pazienti sani con quelli di pazienti oncologici o con malattia benigna. I risultati di questi sforzi sono stati misti, con solo alcuni studi che mostrano differenze significative che indicano il cancro, lo stato di assenza di malattia o di recidiva.Il motivo per cui il ctDNA può essere usato solo una parte del tempo per diagnosticare il cancro è perché quantità variabili di ctDNA derivano da tumori. Non tutti i tumori "liberano" il DNA nella stessa quantità. In generale, i tumori più avanzati e diffusi liberano più DNA nella circolazione rispetto ai tumori precoci e localizzati. Inoltre, diversi tipi di tumore versano diverse quantità di DNA nella circolazione. La frazione di DNA circolante derivata da un tumore è ampiamente variabile tra studi e tipi di cancro, che vanno dallo 0,01% al 93%. È importante notare che, in generale, solo una minoranza di ctDNA è derivata dal tumore, il resto proviene da tessuti normali.
Il DNA circolante potrebbe essere usato come marcatore prognostico della malattia. Il DNA circolante potrebbe essere usato per monitorare i cambiamenti nel cancro nel tempo. Ad esempio, uno studio ha mostrato che il tasso di sopravvivenza a due anni nei pazienti con tumore del colon-retto (cioè il numero di pazienti ancora in vita almeno due anni dopo la diagnosi con tumore del colon-retto) e il KRAS le mutazioni di hotspot erano del 100% in quelle senza evidenza del corrispondente DNA circolante. Inoltre, è possibile che nel prossimo futuro il DNA circolante possa essere usato per monitorare le lesioni precancerose.
Il DNA circolante potrebbe anche essere usato per monitorare la risposta alla terapia. Poiché il DNA circolante offre un quadro complessivo migliore della composizione genetica dei tumori, questo DNA probabilmente contiene DNA diagnostico, che può essere usato al posto del DNA diagnostico ottenuto dai tumori stessi.
Ora, diamo un'occhiata ad alcuni esempi specifici di biopsia liquida.
Guardant360
Guardant Health ha sviluppato un test che utilizza sequenziamento di prossima generazione per sagomare il DNA circolante per mutazioni e riarrangiamenti cromosomici per 73 geni correlati al cancro. Guardant Health ha pubblicato uno studio che riporta l'utilità della biopsia liquida in oncologia. Lo studio ha utilizzato campioni di sangue da 15.000 pazienti con 50 tipi di tumore combinati.Per la maggior parte, i risultati del test della biopsia liquida sono allineati con le alterazioni geniche osservate nelle biopsie tumorali.
Secondo il NIH:
"Guardant360 ha identificato le stesse mutazioni critiche in importanti geni correlati al cancro come EGFR, BRAF, KRAS, e PIK3CA a frequenze molto simili a quelle precedentemente identificate in campioni di biopsia tumorale, statisticamente correlata al 94% -99%. "
Inoltre, secondo il NIH, i ricercatori hanno riportato quanto segue:
"In un secondo componente dello studio, i ricercatori hanno valutato circa 400 pazienti - la maggior parte dei quali aveva tumore del polmone o del colon-retto - che avevano entrambi i risultati del DNA del DNA ctDNA e del tessuto tumorale disponibili e confrontavano i modelli dei cambiamenti genomici. la biopsia in confronto con i risultati delle analisi della biopsia tumorale è stata dell'87%. L'accuratezza è aumentata al 98% quando i campioni di sangue e di tumore sono stati raccolti entro 6 mesi l'uno dall'altro. "
Guardant360 era preciso anche se i livelli di DNA circolante nel sangue erano bassi. Spesso, il DNA tumorale circolante rappresentava solo lo 0,4 per cento del DNA nel sangue.
Complessivamente, utilizzando la biopsia liquida, i ricercatori di Guardant sono stati in grado di identificare i marcatori tumorali che potevano dirigere il trattamento da parte dei medici nel 67% dei pazienti. Questi pazienti erano eleggibili per trattamenti approvati dalla FDA e terapie sperimentali.
cDNA e cancro ai polmoni
Nel 2016, la FDA ha approvato il test di mutazione EGFR cobas da utilizzare per il rilevamento di EGFR mutazioni nel DNA circolante di pazienti con cancro del polmone. Questo test è stato la prima biopsia liquida approvata dalla FDA e ha identificato i pazienti che potrebbero essere candidati per il trattamento con terapie mirate usando erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) e gefitinib (Iressa) come trattamento di prima linea e osimeritinib (Tagrisso) come trattamento di seconda linea. Queste terapie mirate attaccano le cellule tumorali con specifiche EGFR mutazioni.È importante sottolineare che, a causa dell'elevato numero di risultati falsi negativi, la FDA raccomanda che un campione di biopsia tissutale venga prelevato da un paziente con biopsia liquida negativa.
ctDNA e cancro al fegato
Il numero di persone che muoiono di cancro al fegato è aumentato negli ultimi 20 anni. Attualmente, il cancro del fegato è la seconda causa di morte per cancro nel mondo. Non ci sono buoni biomarcatori disponibili per rilevare e analizzare il fegato, o il carcinoma epatocellulare (HCC). Il DNA circolante potrebbe essere un buon biomarker per il cancro del fegato.Considera la seguente citazione di Lagbaa e coautori sul potenziale dell'uso del DNA circolante per diagnosticare il cancro del fegato:
"L'ipermetilazione di RASSF1A, p15 e p16 è stata suggerita come strumenti diagnostici precoci in uno studio retrospettivo comprendente 50 pazienti HCC. Una firma di quattro geni aberrantly metilato (APC, GSTP1, RASSF1A e SFRP1) è stata anche testata per accuratezza diagnostica, mentre metilazione di RASSF1A è stato segnalato come biomarker prognostico.Studi successivi hanno analizzato ctDNA in pazienti HCC utilizzando tecnologie di sequenziamento profondo ... Sorprendentemente, numeri di copie di DNA aberranti sono stati rilevati in due portatori di HBV senza precedente storia di HCC al momento della raccolta del sangue, ma chi ha sviluppato HCC durante il follow-up Questa scoperta ha aperto la porta per valutare la variazione del numero di copie in ctDNA come strumento di screening per il rilevamento precoce di HCC. "
Una parola da Verywell
Le biopsie liquide rappresentano un nuovo entusiasmante approccio alla diagnosi genomica. Attualmente, alcune biopsie liquide, che offrono una profilazione molecolare completa, sono disponibili per i medici per integrare le informazioni genetiche ottenute dalla biopsia tissutale. Ci sono anche alcune biopsie liquide che possono essere usate al posto della biopsia tissutale - quando le biopsie tissutali non sono disponibili.È importante tenere presente che molte prove bioptiche liquide sono attualmente in corso e sono necessarie ulteriori ricerche per arricchire l'utilità terapeutica di questo intervento.
