Увеличена чувствительность «жидкостной биопсии», выявляющей опухолевую ДНК в крови

02.04.20166990

Исследователи из Медицинской Школы Стэнфордского Университета (Stanford University School of Medicine, США) изобрели новый способ значительного повышения чувствительности метода выявления и секвенирования ДНК из опухолевых клеток, циркулирующих в крови пациентов.

Ученые надеются, что «жидкостная биопсия» легко получаемых образцов крови однажды заменит необходимость забора опухолевой ткани для анализа.

Суть нового подхода состоит в выявлении ошибок, возникающих при выделении опухолевой ДНК из крови и подготовке ее для секвенирования. Удаление этих ошибок из результатов секвенирования позволяет исследователям точно выявлять настоящие опухолевые мутации, даже из очень небольшого количества исходного материала.

«Теперь мы с еще большей чувствительностью можем выявлять специфические мутации в опухолевой ДНК, которые помогут в выборе лечения или выявлении остаточного рака, – говорит Максимилиан Диен (Maximilian Diehn), доктор философии, доцент радиационной онкологии, – Мы приближаемся к значительному снижению необходимости инвазивной биопсии для выявления опухолевых мутаций или отслеживания ответа на терапию».

Диен и Аш Ализаде (Ash Alizadeh), доктор медицины и философии, доцент онкологии – главные авторы статьи, описывающей новый метод. Результаты работы опубликованы в онлайн-версии Nature Biotechnology.

Генетическое послание в бутылке

Даже в отсутствие лечения опухолевые клетки постоянно делятся и погибают. После гибели клеток их ДНК выходит в кровоток, и возможность детектировать опухолевую ДНК среди генетического материала миллионов здоровых клеток позволит врачам быстро и неинвазивно исследовать наличие и объем опухоли, ответ пациента на терапию и даже изменение мутаций опухоли с течением времени при лечении или другом селективном давлении.

Исследователи назвали новый подход «интегрированным цифровым подавлением ошибок» (integrated digital error suppression, iDES). В его основе лежит чувствительный метод секвенирования CAPP-Seq, позволяющий оценить количество опухолевой ДК в организме, ранее разработанный Ализаде, Диеном и соавтором публикации доктором философии Аароном Ньюманом (Aaron Newman). Этот метод позволяет детектировать даже очень небольшое количество опухолевой ДНК из крови, анализируя образец на панели мутаций, ассоциированных с определенными типами рака. Благодаря CAPP-Seq исследователям удавалось выявить одну молекулу ДНК опухоли из более 5 тыс. фрагментов нормальной ДНК. Результаты этого исследования были опубликованы в Nature Medicine в 2014 г.

Метод IDES направлен на решение основного технического ограничения методики CAPP-Seq: способности точно секвенировать очень маленькое количество ДНК. Перед началом секвенирования необходимо создать множество копий каждого двунитевого фрагмента ДНК, который будет секвенирован. В процессе копирования (амплификации) шанс появления ошибки в последовательности возрастает с каждым циклом.

Исследователям был необходим способ определения, являются ли обнаруженные при секвенировании варианты опухолевыми мутациями или это ошибки в процессе секвенирования. Для этого ученые разработали способ мечения двунитевых молекул ДНК с помощью так называемых баркодов – последовательности нуклеотидов, уникально маркирующей каждую исходную молекулу. Такой подход также призван минимизировать число молекул, потерявшихся в результате мечения и приготовления образца, что особенно важно при анализе крошечных количеств циркулирующей в крови опухолевой ДНК, представленной у большинства пациентов.

Значительное преимущество

«Наш метод является значительным шагом вперед по сравнению с предшествующими методами мечения, поскольку он исключает больше ложноположительных исходов, не нанося ущерб настоящим положительным результатам. Метя молекулы ДНК на первых этапах, мы можем проследить, какие молекулы достоверно воспроизвелись в ходе секвенирования, а в каких скопились ошибки, не представленные в опухоли пациента или его крови», – говорит Ализаде.

Затем исследователи объединили процесс мечения с еще одним подходом, названным «полировкой фона» (background polishing). «Мы установили, что определенные группы ошибок секвенирования с большей вероятностью возникают в определенных участках нашей ДНК даже у здоровых людей», – говорит Ньюман. Ученый создал компьютерный алгоритм сканирования данных и маркирования возможных проблемных мест для дальнейшего анализа. Совместно система мечения и метод «полировки» позволяет исследователям исключать обычные ошибки секвенирования более эффективно, чем каждый подход отдельно.

Использование iDES повышает чувствительность CAPP-Seq для неинвазивного выявления опухолевых мутаций в образцах крови до 15 раз – метод способен выявить всего 1-2 последовательности опухолевой ДНК среди 400 тыс. фрагментов неопухолевых ДНК.

«Мы установили, что наш подход дает возможность высокоточной неинвазивной идентификации актуальных мутаций у пациентов с раком легкого, и мы надеемся, что метод будет доступен технически уже скоро», – говорит Диен, отмечая, что необходимы дополнительные клинические исследования для подтверждения улучшения прогноза онкологических пациентов или снижения стоимости их лечения благодаря методу CAPP-Seq. Онкологические пациенты, для которых биопсия является нежелательной или слишком рискованной, вероятно, окажутся в числе первых, имеющих возможность оценить новый подход. Более того, улучшенная с помощью iDES методика CAPP-Seq также может оказаться полезной в других медицинских областях. «Те же самые инструменты можно использовать для определения редких генетических вариантов, сигнализирующих об отторжении трансплантата, определения устойчивости к антибиотикам или в пренатальных диагностических тестах», – говорит Ализаде.

Работа этой научной группы стала примером пристального внимания Медицинского Центра Стэнфордского Университета к высокоточной медицине, целью которой является предупреждение и профилактика заболеваний, а также их точная диагностика и лечение.

Максимилиан Диен и Аш Ализаде руководят исследовательской группой, улучшившей метод выявления опухолевой ДНК в образце крови, что может снизить необходимость в инвазивной диагностике. (фото: Mark Tuschman)

По материалам Stanford University Medical Center

Оригинальная статья:
Aaron M Newman, Alexander F Lovejoy, Daniel M Klass, David M Kurtz, Jacob J Chabon, Florian Scherer, Henning Stehr, Chih Long Liu, Scott V Bratman, Carmen Say, Li Zhou, Justin N Carter, Robert B West, George W Sledge Jr, Joseph B Shrager, Billy W Loo, Joel W Neal, Heather A Wakelee, Maximilian Diehn, Ash A Alizadeh. Integrated digital error suppression for improved detection of circulating tumor DNA. Nature Biotechnology, 2016; DOI: 10.1038/nbt.3520


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей