Циркулююча пухлинна ДНК — найважливіший біомаркер колоректального раку?
Відкриття та дослідження біомаркерів раку набирають обертів протягом останніх десятиліть, головним чином завдяки зростанню їхньої ролі у виявленні, діагностиці, прогнозуванні та лікуванні онкологічних захворювань.
Циркулююча пухлинна ДНК (англ. circulating tumor DNA, ctDNA) — це біомаркер колоректального раку, який вважається особливо корисним не лише для лікування, а й для моніторингу рецидивів хвороби. Його переважно застосовують у разі проведення рідинної біопсії — забору та аналізу біологічних рідин організму, зокрема крові, для виявлення онкомаркерів.
Чи є ctDNA найважливішим біомаркером раку на сьогодні, і як це впливає на сучасні стандарти рідинної біопсії? Дізнайтеся про це у нашій статті.
Що таке циркулююча пухлинна ДНК?
Циркулююча пухлинна ДНК належить до підгрупи так званої вільної від клітин ДНК (англ. cell-free DNA, cfDNA), тобто ДНК, що циркулює в організмі поза межами клітин.
Якщо в організмі присутня пухлина, її клітини можуть відокремлюватися та потрапляти в кровотік або лімфатичну систему. Після апоптозу (запрограмованої клітинної смерті) ці клітини вивільняють ДНК у біологічні рідини організму.
Основними джерелами ctDNA є:
- пухлинні клітини, що зазнали апоптозу або некрозу;
- життєздатні активні пухлинні клітини;
- циркулюючі пухлинні клітини.
Це надає ctDNA особливу перевагу. Генетична інформація, що міститься в ctDNA, виявленій у периферичній крові, є ідентичною до тієї, що присутня в первинній пухлині. Завдяки цьому успішне виявлення та аналіз ctDNA дають змогу створити актуальний профіль пухлини в реальному часі, зокрема на різних етапах лікування — до, під час і після терапії.
Як визначається циркулююча пухлинна ДНК?
Користь визначення ctDNA при рідинній біопсії полягає у виявленні генетичних мутацій, пов’язаних з колоректальним раком. Однак ctDNA міститься в периферичній крові у дуже малих кількостях, що потенційно ускладнює її виділення. З цією метою існує кілька придатних для використання інструменті, кожен із яких має свої переваги та недоліки залежно від чутливості й повноти охоплення.
Технології виявлення ctDNA умовно поділяються на три категорії:
- Монолокусні або мультиплексні аналізи.
- Підходи цільового секвенування.
- Повногеномний аналіз.
Монолокусні або мультиплексні аналізи
Це високочутливі та відносно недорогі тести, здатні швидко виявляти специфічні точкові мутації, варіації кількості копій, короткі інделі (невеликі інсерції або делеції до 50 нуклеотидів в одному локусі) та злиття генів. Для проведення цих аналізів не потрібна висока концентрація ctDNA, проте їх можна застосовувати лише для моніторингу обмеженої кількості відомих мутацій.
Приклади:
- мікрофлюїдна або алель-специфічна ПЛР;
- алель-специфічна кількісна ПЛР;
- краплинна цифрова ПЛР;
- метод BEAMing (гранули, емульсифікація, ампліфікація та магнетизм).
Підходи цільового секвенування
Ці методи охоплюють численні локуси в геномі, дозволяють відстежувати мутації резистентності de novo та клональну еволюцію у відповідь на терапію. Їх також можна використовувати для моніторингу чутливості до тягаря захворювання шляхом тестування великої кількості локусів в одному зразку. Проте такий моніторинг потребує значних часових і фінансових затрат.
Приклади:
- секвенування ампліконів;
- техніки Safe-Seq;
- TAm-Seq;
гібридизаційне захоплення; - CAPP-Seq.
Повногеномний аналіз
Подібно до цільового секвенування, цей підхід дозволяє визначати структурні варіанти в геномі. Але замість аналізу окремих локусів, він охоплює весь геном, що дає змогу виявляти хромосомні аберації та стратифікувати зразки пацієнтів за рівнем тягаря захворювання. Водночас процедура також є дорогою та трудомісткою.
Приклад: секвенування всього екзому.
Потенційне застосування циркулюючої пухлинної ДНК
cfDNA, а також ctDNA, не залишаються кровотоці надовго і швидко виводяться з організму через нирки, печінку та селезінку.
Дослідження показали, що період напіврозпаду cfDNA — тобто час, необхідний для зменшення її кількості наполовину — становить від 16 хвилин до кількох годин. Це дозволяє використовувати cfDNA для профілювання раку в реальному часі.
ctDNA потенційно може бути використана для раннього виявлення колоректального раку шляхом аналізу зразків рідинної біопсії на наявність метильованої ДНК у поєднанні з іншими пухлинними маркерами. Одне з досліджень показало, що маркер метилювання ctDNA cg10673833 дозволив з високою чутливістю та специфічністю виявити колоректальний рак майже у 1500 учасників.
Однак рівень ctDNA може бути підвищеним і при інших патологічних станах — таких як інфаркт міокарда, інфекції та запальні захворювання. Крім того, доброякісні пухлини, які мають ті самі мутації, що й злоякісні, також здатні вивільняти cfDNA у кров.
Вивчення довжини фрагментів cfDNA може вирішити проблему неспецифічності. Було показано, що cfDNA у здорових людей демонструє виразні закономіності (патерни) довжини фрагментів, тоді як у пацієнтів з раком вона неоднакова. Втім, для повноцінного застосування ctDNA у ранньому виявленні колоректального раку потрібні додаткові дослідження.
ctDNA також може виявитися корисною для прогнозування раку. Дослідження показали, що рівні ctDNA корелюють із погіршенням виживаності пацієнтів незалежно від стадії пухлини.
У післядіагностичному періоді ctDNA можна застосовувати для виявлення медикаментозної резистентності шляхом аналізу мутацій, присутніх у ДНК пухлинного походження. До них належать мутації в генах KRAS, BRAF і NRAS, кожна з яких призводить до резистентності до інгібіторів рецептора епідермального фактора росту (EGFR), таких як цетуксимаб і панітумумаб.
Робота триває
ctDNA у поєднанні з рідинною біопсією має кілька переваг порівняно зі звичайною біопсією тканин. Традиційна біопсія надає лише статичну інформацію про рак на момент забору зразка і є більш інвазивною процедурою, навіть у разі лапароскопічного виконання.
Однак сама по собі рідинна біопсія все ще не може дати повної картини, оскільки не дає змоги оцінити гістологічні та клітинні характеристики пухлини, які можна визначити лише шляхом прямого дослідження тканини, зібраної за допомогою стандартної біопсії.
У зв’язку з цим рідинну біопсію слід розглядати не як повну альтернативу тканинній біопсії, а як її доповнення, яке дозволяє здійснити більш комплексний та інтегрований аналіз.
На сьогодні науковцям необхідно не лише стандартизувати методи виявлення cfDNA і ctDNA, але й надалі оптимізувати аналіз та оцінку ctDNA через диференціальні кореляції між cftDNA і клініко-патологічними факторами. Тим не менш, зростаючий репертуар неінвазивних методів скринінгу, виявлення та діагностики може значно допомогти покращити прихильність пацієнтів та раннє лікування колоректального раку.
Авторка: Samantha Phua Підготовлено NUS Global Asia Institute для використання GMKA. ourcancerstories.com |
Список використаної літератури:
- Bresalier, R. S., Grady, W. M., Markowitz, S. D., Nielsen, H. J., Batra, S. K., & Lampe, P. D. (2020). Biomarkers for early detection of colorectal cancer: The early detection research network, a framework for clinical translation. In Cancer Epidemiology Biomarkers and Prevention (Vol. 29, Issue 12, pp. 2431–2440). American Association for Cancer Research Inc. https://doi.org/10.1158/1055-9965.EPI-20-0234
- Ferrari, A., Neefs, I., Hoeck, S., Peeters, M., & van Hal, G. (2021). Towards novel non-invasive colorectal cancer screening methods: A comprehensive review. In Cancers (Vol. 13, Issue 8). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/cancers13081820
- Manne, U., Jadhav, T., Putcha, B. D. K., Samuel, T., Soni, S., Shanmugam, C., & Suswam, E. A. (2016). Molecular Biomarkers of Colorectal Cancer and Cancer Disparities: Current Status and Perspective. In Current Colorectal Cancer Reports (Vol. 12, Issue 6, pp. 332–344). Current Medicine Group LLC 1. https://doi.org/10.1007/s11888-016-0338-1
- Zygulska, A. L., & Pierzchalski, P. (2022). Novel Diagnostic Biomarkers in Colorectal Cancer. In International Journal of Molecular Sciences (Vol. 23, Issue 2). MDPI. https://doi.org/10.3390/ijms23020852