癌を診断するための液体生検

Basal Cell Biopsy | Auburn Medical Group (十一月 2024)

通常、腫瘍は組織生検を用いて検査されます。少量のサンプルを腫瘍から採取し、遺伝子型を決定するか、または遺伝子構成について分析します。このアプローチの問題点は、腫瘍を生検するのが難しいことです。さらに、腫瘍生検は腫瘍のスナップショットのみを提供する。

書き込み中ディスカバリー医学 2015年にLabgaaと共著者らは、従来の腫瘍生検について以下のように述べている。

「明らかな理由から、逐次生検で腫瘍の進展をモニターすることは困難である。また、生検は腫瘍の単一のスポットを映すだけであり、したがって大きな腫瘍における体細胞変異の全スペクトルを表すことはありそうもない。同じ腫瘍の生検ですが、この選択肢は現実的でも正確でもないようです。」

液体生検は、癌患者から得られた血液試料中の循環ＤＮＡ（ｃｔＤＮＡ）および他の腫瘍副産物の測定を含む。この新たな診断アプローチは、迅速、非侵襲的、そして費用対効果が高いことを約束します。

液体生検の歴史

1948年、フランスの研究者であるマンデルとメテイスが、健康な人々の血液中のctDNAを最初に同定しました。この発見は時代を先取りしたもので、ctDNAがさらに探索されるようになったのは数十年後のことでした。

1977年、Leonらは癌患者の血液中のctDNA量の増加を最初に確認した。１９８９年までに、Ｓｔｒｏｕｎらは血液中の新生物（すなわち癌）の特徴を確認した。これらの発見の後、いくつかの他のグループは、腫瘍抑制因子および癌遺伝子、マイクロサテライト不安定性、およびDNAメチル化における特定の突然変異を同定し、それはctDNAが腫瘍によって循環系に放出されることを証明した。

腫瘍細胞に由来するctDNAが血液中を循環することを我々は知っているが、このDNAの起源、放出速度、および放出機構は不明であり、研究により矛盾する結果が得られている。いくつかの研究は、より多くの悪性腫瘍がより多くの死んだ癌細胞を含みそしてより多くのctDNAを放出することを示唆している。しかしながら、いくつかの研究は全ての細胞がctDNAを放出することを示唆している。それにもかかわらず、癌性腫瘍は増加したレベルのｃｔＤＮＡを血液中に放出し、ｃｔＤＮＡを癌の良好なバイオマーカーにすると思われる。

断片化が激しく血中濃度が低いため、ctDNAの分離や分析は困難です。血清サンプルと血漿サンプルの間にはctDNA濃度の矛盾があります。血漿よりも血清がctDNAのより良い供給源であると思われる。 Umetaniらによる研究では、凝固および他のタンパク質が標本調製中に除去されているので、ctDNA濃度は精製中に循環DNAの損失の可能性のために血清と比較して血漿中で一貫して低いことがわかった。

Heitzerとその同僚によると、ctDNAの診断の可能性を利用するために解決する必要があるいくつかの特定の問題があります。

「まず、分析前の手順を標準化する必要があります。十分な量の高品質DNAを確実に抽出するための分離方法の選択が重要です。血液のサンプリングと処理の分析前要因がDNA収量に大きく影響することがわかっています… 2つ目に、最も重要な問題の1つは、定量法の調和が取れていないことです、これらの測定では、トータルまたは増幅可能なDNAのみを対象とするため、結果が異なります。 ctDNAの放出のメカニズム、そしてほとんどの研究でctDNAの放出にも寄与しているかもしれない出来事を混同しています。"

ターゲットアプローチと非ターゲットアプローチ

現在、ｃｔＤＮＡについて血漿（または血清）を分析するときに取られる２つの主要なアプローチがある。第一のアプローチは標的とされ、そして腫瘍を示す特定の遺伝的変化を探す。 2番目のアプローチはターゲットを絞っておらず、癌を反映するctDNAを探すためのゲノムワイドな解析を含みます。あるいは、エクソームシークエンシングは、より費用対効果の高い、ターゲットを絞っていないアプローチとして使用されてきた。エキソームはタンパク質を作るために転写されるDNAの部分です。

ターゲットを絞ったアプローチでは、少数のドライバー変異の中から既知の遺伝子変異について血清を分析します。ドライバー変異とは、癌細胞の増殖を促進または促進するゲノム内の変異のことです。これらの変異には以下が含まれます。 KRAS または EGFR.

近年の技術的進歩のために、少量のctDNAについてゲノムを分析するための的を絞ったアプローチが実行可能になってきた。これらの技術にはARMS（増幅不応性突然変異システム）が含まれます。デジタルPCR（dPCR）;ビーズ、エマルジョン、増幅、および磁性（BEAMing）。そしてディープシーケンシング（CAPP-Seq）。

標的化アプローチを可能にする技術の進歩があったとしても、標的化アプローチは突然変異のいくつかの位置（ホットスポット）のみを標的とし、そして腫瘍抑制遺伝子のような多くのドライバー突然変異を見逃している。

液体生検へのターゲットを絞っていないアプローチの主な利点は、テストが再発性の遺伝的変化に頼らないという事実のためにそれらがすべての患者に使われることができるということです。再発する遺伝的変化は、すべての癌を網羅するわけではなく、特定の癌の特徴ではありません。それにもかかわらず、このアプローチは分析感度を欠き、そして腫瘍ゲノムの包括的な分析はまだ可能ではない。

注目すべきは、全ゲノムの配列決定の価格が大幅に下がったことです。 2006年には、全ゲノムのシークエンシングの価格は約30万ドル（USD）でした。 2017年までには、試薬やシークエンシング機の償却を含めて、1ゲノムあたりのコストは約1,000ドルにまで低下していました。

液体生検の臨床的有用性

ｃｔＤＮＡを使用するための最初の努力は診断的でありそして健康な患者におけるレベルを癌患者のそれまたは良性疾患を有するそれらのレベルと比較した。これらの努力の結果はさまざまで、いくつかの研究のみが癌、無病状態、または再発を示す有意差を示しました。

癌を診断するためにctDNAを使用できるのはごく一部の時間だけである理由は、さまざまな量のctDNAが腫瘍に由来するためです。すべての腫瘍が同じ量でDNAを「流す」わけではありません。一般に、より進行した広範囲の腫瘍は、初期の局在化した腫瘍よりも多くのDNAを循環中に放出します。さらに、異なる腫瘍タイプは異なる量のＤＮＡを循環中に流した。腫瘍由来の循環DNAの割合は、研究やがんの種類によって大きく異なり、0.01〜93％の範囲です。一般に、少数のctDNAのみが腫瘍に由来し、残りは正常組織に由来することに注意することが重要です。

循環ＤＮＡは疾患の予後マーカーとして使用され得る。循環ＤＮＡは、経時的な癌の変化をモニターするために使用され得る。例えば、ある研究では、結腸直腸癌患者の2年生存率（すなわち、結腸直腸癌と診断されてから少なくとも2年後にまだ生存している患者数）と KRAS ホットスポット変異は、対応する循環DNAの証拠がないものでは100パーセントでした。さらに、近い将来、循環DNAを使用して前癌性病変を監視することも可能です。

循環ＤＮＡはまた、治療に対する反応をモニターするためにも使用され得る。循環ＤＮＡは腫瘍の遺伝的構成のより良い全体像を提供するので、このＤＮＡはおそらく診断ＤＮＡを含み、それは腫瘍自体から得られる診断ＤＮＡの代わりに使用することができる。

それでは、液体生検のいくつかの具体例を見てみましょう。

Guardant360

Guardant Healthは、次世代シーケンシングを使用して、突然変異のための循環DNAと73の癌関連遺伝子の染色体再配列をプロファイルするテストを開発しました。 Guardant Healthは、腫瘍学における液体生検の有用性を報告する研究を発表しました。この研究では、50種類の腫瘍を組み合わせた15,000人の患者の血液サンプルを使用しました。

ほとんどの場合、液体生検検査の結果は腫瘍生検で観察された遺伝子変化と一致していた。

NIHによると：

「Guardant360は、以下のような重要な癌関連遺伝子において同じ重大な変異を同定した。 EGFR、BRAF、 KRAS 、そして PIK3CA 腫瘍生検サンプルで以前に同定されたものと非常によく似た頻度で、統計的に94％から99％に相関しています。」

さらにNIHによると、研究者らは以下のように報告している。

「研究の第2の構成要素では、研究者らは、血液ctDNAと腫瘍組織DNAの両方の結果が得られ、ゲノム変化のパターンを比較した400人近くの患者を評価した。腫瘍生検分析の結果と比較した生検の結果は87％でした。血液と腫瘍のサンプルを6か月以内に採取した場合の精度は98％に向上しました。」

Guardant360は、血中の循環DNAレベルが低くても正確でした。多くの場合、循環腫瘍DNAは血液中のDNAのわずか0.4パーセントを占めています。

全体的に見て、液体生検を使用して、Guardantの研究者は、患者の67パーセントで医師による治療を指示することができる腫瘍マーカーを識別することができました。これらの患者は、FDAが承認した治療および治験治療に適格でした。

ctDNAと肺がん

2016年には、FDAはコバスEGFR突然変異検査を承認のために使用することを承認しました EGFR 肺がん患者の循環DNAの変異この試験はFDAが承認した最初の液体生検であり、一次治療としてエルロチニブ（Tarceva）、アファチニブ（Gilotrif）、およびゲフィチニブ（Iressa）を使用した標的療法による治療の候補となる患者を同定した。セカンドライン治療。これらの標的療法は特定の癌細胞を攻撃します。 EGFR 突然変異

重要なことに、偽陰性結果が多数あるため、FDAは組織生検サンプルも陰性液体生検を受けた患者から採取することを推奨しています。

ctDNAと肝がん

肝癌で亡くなる人の数は、過去20年間で増えています。現在、肝臓癌は世界で癌による死亡の2番目に多い原因です。肝臓がん、または肝細胞（HCC）がんを検出および分析するために利用できる優れたバイオマーカーはありません。循環DNAは肝癌のための良いバイオマーカーであるかもしれません。

肝癌を診断するために循環DNAを使用する可能性についてのLagbaaと共著者からの以下の引用を考慮してください：

「50人のHCC患者を含む遡及的研究において、RASSF1A、p15、およびp16の過剰メチル化が早期診断ツールとして示唆されている。4つの異常メチル化遺伝子（APC、GSTP1、RASSF1A、およびSFRP1）のサインも診断の正確さについて試験された。その後の研究で、HCC患者のctDNAがディープシークエンシング技術を用いて分析されました….驚くべきことに、異常なDNAコピー数が採血時にHCCの既往歴なしに検出されましたが、この発見により、HCC早期発見のためのスクリーニングツールとして、ctDNAのコピー数の変動を評価することが可能になりました。」