01 Nov

Flüssige Biopsie für Krebs: Was Sie Wissen Müssen

liquid biopsyGrafik aus Wikimedia: Jonathan Bailey / NHGRI [CC-BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

In seiner opening-keynote für die Flüssige Biopsie für Krebs-workshop im Jahr 2019 Präzision-Medizin-Welt-Konferenz, Max Diehn M. D., Ph. D., Außerordentlicher Professor der Radioonkologie an der Stanford Cancer Institute, definiert flüssige Biopsie als

„Analyse von tumor-Zellen oder zellprodukte in den Körper-Flüssigkeiten, die durch nicht – oder minimal-invasive Verfahren.“

Er stellte fest, dass eine Vielzahl von Körper-Flüssigkeiten können verwendet werden, um die Biopsie, einschließlich

  • Blut
  • Urin
  • Liquor
  • Pleura-Flüssigkeit (fluid um die Lunge)
  • Peritoneal-Flüssigkeit (Flüssigkeit in der Bauchhöhle)

Flüssige Biopsie ist möglich, weil die eindeutige Biologie von Krebszellen.

Themen in diesem Beitrag:

  • Tumor-Eigenschaften, die flüssige Biopsie für Krebs möglich
  • Klinische Anwendungen von ctDNA
  • Herausforderungen für die ct-DNA-Nachweis
  • Analytischer Ansatz
  • Warum tumor-Biopsien sind immer noch notwendig
  • Nachweisgrenze der assays
  • CAPP-Seq
  • Die derzeitigen Einschränkungen der flüssigen Biopsie für Krebs
  • Schlussfolgerungen

Tumor-Eigenschaften von liquid Biopsie für Krebs möglich

Wir wissen jetzt, dass Krebserkrankungen auftreten, aufgrund von einer Anhäufung von DNA-Mutationen in den Genen, die Steuern, die Zellproliferation im Laufe der Zeit. Die meisten Krebszellen haben 60 oder mehr Mutationen, obwohl nicht alle von Ihnen sind in Bezug auf das Zellwachstum.

Bestimmte Gene, wie P53, und die Gene, die code für die Signal-protein RAS und die rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTK), mutiert sind, die in Krebszellen häufiger als andere Gene. Und, verschiedenen Arten von Krebs haben unterschiedliche Muster von Mutationen (die mutational Signatur). Am wichtigsten ist, nach Diehn, einige dieser Mutationen sehr spezifisch für Tumorzellen.

Weitere, fast alle Krebsarten kontinuierlich vergossen Zellen oder Zell-Inhalte in den Umlauf. Sensitive detection-Technologien, wie Sie auch in flüssige Biopsie, kann dann verwendet werden, finden Sie diese Krebs-spezifische Substanzen, einschließlich

  • Zirkulierende Tumorzellen (CTCs)
  • Zirkulierende tumor-DNA (ctDNA)
  • Zirkulierende RNA
  • Extrazellulären Vesikeln (exosomen).

Mögliche Klinische Anwendungen von ctDNA

Eines der wichtigsten Ziele für flüssige Biopsie zirkulierenden tumor-DNA oder ctDNA. Nach Diehn, ctDNA ist ein attraktiver biomarker für Krebs sind, weil

  • “Mutationen sind hoch spezifisch für die tumor-Zellen
  • Mutationen in der Pathogenese beteiligt sind
  • Einige Mutationen sind verwertbare“

Dies bedeutet, dass ctDNA konnte potenziell sein nützlich in einer Reihe von Möglichkeiten, die im Laufe des Krebs ist evolution. Dazu gehören:

  • Screening
  • Bewertung der Reaktion auf die lokale Behandlung, wie Strahlentherapie
  • Nachweis von minimal residual disease nach der lokalen Behandlung
  • Überwachung während der klinischen remission
  • Nicht-invasive Genotypisierung, um zu bestimmen, Ziele für Präzisions-Therapien
  • Antwort auf systemische Behandlungen wie Chemotherapie
  • Bewertung von resistenten Varianten

Herausforderungen für die ctDNA-Erkennung

Es gibt eine Reihe von Herausforderungen, die gelöst werden müssen, um für die ctDNA-Erkennung, um erfolgreich zu sein.1Diehn, M. Zirkulierenden Tumor-DNA-Analysen für die Personalisierte Krebs-Früherkennung und Monitoring Folie deck. Während der Flüssige Biopsie workshop an der 2019 Präzision-Medizin-Welt-Konferenz

1. Begrenzte Menge des genetischen Materials in der Probe

Die Menge des genetischen Materials in jeder Probe ist begrenzt. Es sind nur rund 2.000 Genome in jedem ml Blut.

2. Low „fractional abundance“

Auf der Suche nach diesem material, wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Obwohl es ist ein bisschen variation in Abhängigkeit von der Größe des Tumors und die Vaskularität, in einigen Fällen, ctDNA-Konten für weniger als 1% des gesamten zirkulierenden DNA im Blut.

3. Heterogenität

Es gibt erhebliche Unterschiede in der mutational Muster zwischen Patienten

Der analytische Ansatz verwendet, in flüssig-Biopsie für Krebs

Der analytische Ansatz verwendet, um zu tun, einen flüssigen Biopsie für Krebs, hängt davon ab, ob die Biopsie Gewebe verfügbar ist.

  • Tumor-fundierte Analyse

Wenn eine Gewebe-Biopsie durchgeführt wurde, die flüssige Biopsie werden können, „informiert“ durch eine Analyse der Tumorgewebe-DNA. Viele des Tumors Mutationen identifiziert worden, die in dieser Analyse und kann verwendet werden, zum erstellen einer Bibliothek von Mutationen, die spezifisch für den tumor. Dies wird verwendet, um das Vorhandensein dieser Mutationen in der Zell-freie DNA, in der Flüssigkeit analysiert wird.

Der Hauptvorteil von tumor-informiert ctDNA-Analyse ist, dass Sie nicht haben eine Menge tun, um Hypothese zu testen, um herauszufinden, welche Mutationen die relevant sein können in der flüssigen biopsieprobe. Der größte Nachteil ist, dass es erfordert Tumorgewebe.

  • Tumor-naive Analyse

Wenn Tumorgewebe wurde nicht erreicht und der tumor Mutationen sind nicht bekannt, Sie müssen identifiziert werden, die de novo (von vorne) in der Probe. Das ist schwieriger zu tun, und hat eine geringere Empfindlichkeit, da die Sie tun müssen, mehrere Hypothese zu testen und einige Veränderungen übersehen werden.

Warum tumor-Biopsien sind immer noch notwendig

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum die Diagnose und Charakterisierung von Krebs erfordert noch Gewebeentnahme durch eine tumor-Biopsie.

1. Frühen Stadium Tumoren nicht loslassen viel DNA

Early-stage-Tumoren release sehr wenig DNA in der Zirkulation. Wenn die Menge unterhalb der technischen Möglichkeiten der flüssige Biopsie-test verwendet wird, wird das Ergebnis falsch negativ. Es ist möglich, dass das screening für andere Substanzen, wie protein-Biomarker verbessern die Empfindlichkeit der Tests im frühen Stadium der Krankheit. Wie kann die Verwendung von hochempfindlichen tests, wie CAPP-Seq (siehe unten).

2. Gewebe-Biopsien helfen, informieren flüssige Biopsien

Flüssige Biopsien kann nicht erkennen, alle Mutationen vorhanden in einem bestimmten Krebs. Wie oben erwähnt, tumor-Biopsie zu erleichtern kann die mutation discovery ermöglicht eine höhere Empfindlichkeit, da weniger mehrere Hypothese zu testen.

3. Ein vollständiges Bild von einem Krebs-Gene

Testen Blut für ctDNA und einer Gewebeprobe kann ein vollständiges Bild von einem Krebs-Genetik. Dies ist, weil die Bündelung aller Fragmente, die in das Herz-Kreislauf-system führen kann, die Identifizierung von ctDNA Mutationen entstehen, die außerhalb und sind nicht in der primär-tumor (z.B. bei Metastasen).

4. Einschränkungen von gewebebiopsien

Gibt es große Einschränkungen der Gewebe-Biopsien. Erstens, das Verfahren ist invasiv. Weiter, es kann schwierig sein, zu erhalten Gewebe basierend auf dem Standort, wie in der Lunge. Es besteht auch die Gefahr von Komplikationen.

Darüber hinaus kann ein tumor im Laufe der Zeit ändert, wie es wächst und wird ausgesetzt, um Anti-Krebs-Medikamente. Das bedeutet, dass tumor-Biopsien genommen, wenn die Krankheit zum ersten mal diagnostiziert nicht unbedingt den aktuellen Stand der Krebs-Genomik.

Auch die Krebszellen ausbreiten (metastasieren) auf andere Bereiche des Körpers unterscheiden sich möglicherweise etwas von dem Krebs an der Stelle, wo es begann. Als ein Ergebnis, eine tumor-Biopsie von einem Teil des Körpers nicht adäquat darstellen, der Krebs hat im ganzen Körper ausgebreitet.

Jedoch wiederholen, gewebebiopsien zu Holen Sie sich aktualisierte Informationen über Krebs wird invasive und im Zusammenhang mit möglichen Komplikationen, wie Schmerzen, Infektionen und Blutungen.

Auch, in der mehrere Gewebe-Biopsie-Verfahren kann für die Patienten sehr schwierig. Es erfordert, wiederholen Sie die Besuche mit den damit verbundenen Transport-Bedürfnisse, und die Zeit Weg von der Arbeit oder Schule. Weiter, es kann teuer werden, im Angesicht der hohen out-of-pocket Kosten.

Nachweisgrenzen variieren je nach der flüssig-Biopsie für Krebs-Methodik

Es gibt eine Reihe von verschiedenen ctDNA Nachweismethoden. Jeder hat eine unterschiedliche Fähigkeit zum erkennen von ctDNA in einer Probe. Standard-sequencing-Methoden (wie z.B. der Sanger-Sequenzierung oder pyrosequencing) erkennen ctDNA nur dort, wo es ist eine schwere tumor-Belastung bei einem Patienten.

Digital-polymerase-Kettenreaktion (digital PCR) verbessert die Nachweisgrenzen erheblich, ist aber immer noch gering im Vergleich zu „multi-mutation NG“ (next-generation-sequencing) Techniken, wie Krebs Personalized Profiling by Deep Sequencing oder CAPP-Seq.

CAPP-Seq ist eine sehr sensitive und spezifische Methode zur Erkennung kleiner Mengen von ctDNA. Es wurde entwickelt, um den Diehn Labor in Zusammenarbeit mit dem Labor von Dr. Asche Alizadeh. CAPP-Seq-war in der Lage, um den unteren Sequenzierung Kosten von „nur auf spezifische Bereiche des Genoms, die sind rückläufig mutierte für einen bestimmten Krebs.“

CAPP-Seq

Der erste Schritt der CAPP-Seq ist die Identifikation von wiederkehrenden Mutationen in einem bestimmten Krebsart mit öffentlichen Krebs-Datenbanken wie die KOSMISCHE Krebs-Datenbank und TCGA. Als Nächstes wird eine Bibliothek von Mutationen, die erstellt wird, mithilfe einer komplexen analytischen Verfahren.

Wenn eine Gewebe-Biopsie zur Verfügung, hybrid capture wird dann durchgeführt, um zu erstellen Sie eine kleinere Bibliothek von Mutationen (die „Selektor“), die spezifisch für den Patienten. Schließlich capture-Hybridisierung mit der „Auswahl“ erfolgt auf ctDNA aus dem Blut Probe, um zu quantifizieren, die zuvor identifizierten Mutationen in den Patienten.

Eine vollständige Beschreibung des CAPP-Seq-Verfahren können gefunden werden in einem Artikel von Newman/Bratman et al. in Nature Medicine 2014.

Die derzeitigen Einschränkungen der flüssigen Biopsie für Krebs

Sensitivität und Spezifität

Die größten sorgen über flüssige Biopsie sind seine Sensitivität und Spezifität. Ist der test gut bei der Erkennung von Krebs, wenn es vorhanden ist? Ist der test empfindlich? Und, ist Krebs tatsächlich vorhanden, wenn der test positiv ist? Ist der test spezifisch?

Mit Hinblick auf die Empfindlichkeit, die verfügbare Evidenz zeigt, dass Patienten mit frühen Stadium Krebs verbergen können weniger als ein mutiertes Molekül pro milliliter plasma. Dies ist oft jenseits der Nachweisgrenze von einigen der Techniken in flüssigen Biopsie heute. Derzeit, multi-mutation Next-Gen-Sequencing (NGS), wie CAPP-Seq, ist das empfindlichste der Technologien.

Eine Studie mit CAPP-Seq wurde durchgeführt zur Beurteilung der Sensitivität und Spezifität des Tests für eine bestimmte Krebsart: non-small cell lung cancer. Die Studie von Newman und seinen Kollegen wurde veröffentlicht in Nature Medicine.

Es wurde gezeigt, dass ctDNA wurde erkannt“, die zu 100% von Phase II-IV und 50% im Stadium I NSCLC-Patienten. Es wurde mit 96% Spezifität für mutierte Allel Fraktionen nach unten zu ~0.02%“. Dies bedeutet, dass es war sehr empfindlich bei fortgeschrittenem nicht-kleinzelligem Lungenkrebs Krebs, aber eine eingeschränkte Sensitivität für frühe Krebserkrankungen. Die Spezifität des Tests für diese Krebs war ganz gut.

Identifizierung von Gewebe des Ursprungs

Eine weitere Einschränkung der flüssigen Biopsie ist im Zusammenhang mit der Identifizierung der zugrunde liegenden Gewebe Herkunft. Da die gleiche gen-Mutation können mehrere tumor-Arten, flüssiger Biopsien, basierend auf der genomischen Analyse allein in der Regel nicht identifizieren der anatomischen Lage des primären Tumors.

Schlussfolgerungen

Flüssige Biopsie für Krebs ist eine aufregende neue Technologie, hält eine Menge von Versprechen in der Diagnose, Behandlung und management der Krankheit. Es ist auch vielversprechend, aber noch nicht bereit für die prime-time, wenn es kommt zu screening und Früherkennung.

Das Feld bewegt sich schnell, so ist es nicht unvernünftig, zu erwarten, dass Fortschritte im Verständnis der Krebs-Biologie, kombiniert mit verbesserter Technik kann bewegen flüssige Biopsie aus der Forschung arena in der klinischen Praxis in Naher Zukunft.

Vielen Dank an Max Diehn M. D., Ph. D., Außerordentlicher Professor der Radioonkologie an der Stanford-Krebs-Instituts für die großzügige Freigabe der Folien seiner keynote-Präsentation auf der Flüssigen Biopsie Workshop, fand im Jahr 2019 Präzision-Medizin-Welt-Konferenz.

Und vielen Dank an healthcare-Kommunikation und public-affairs-Berater, Leslie Rose, für Ihre kompetente Unterstützung bei der Vorbereitung dieser Geschichte.

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