암 진단을위한 액체 생검

일반적으로 조직 생검을 사용하여 종양을 검사합니다. 작은 샘플을 종양에서 채취하여 genotyped하거나 유전 적 구성을 분석합니다. 이 접근법의 문제점은 생체 검사 종양이 어려울 수 있다는 것입니다. 또한, 종양 생검은 종양의 스냅 샷만을 제공합니다.

글쓰기 발견 의학 2015 년에 Labgaa와 공동 저자들은 재래식 종양 생검에 관해 다음과 같이 말합니다.

"명백한 이유로, 순차적 인 생검으로 종양의 진화를 모니터하는 것은 어렵고, 생검은 종양의 단일 지점만을 반영하기 때문에 큰 종양에서 신체적 돌연변이의 전체 스펙트럼을 나타낼 가능성은 희박합니다. 동일한 종양에 대한 생검을 실시하지만이 옵션은 현실적이지도 정확하지 않습니다."

액체 생검은 순환하는 DNA (ctDNA)와 암 환자에서 채취 한 혈액 샘플의 다른 종양 부산물을 측정하는 것을 포함합니다. 이 새로운 진단법은 신속하고 비침 범적이며 비용 효과적 일 것입니다.

액체 생검의 역사

1948 년 Mandel과 Métais는 건강한 사람들의 피 속에 ctDNA를 확인했습니다. 이 발견은 그 시간보다 앞당겨졌고, 수십 년 후 ctDNA가 더 탐구되었다.

1977 년 Leon과 동료들은 암 환자의 혈액에서 증가 된 양의 ctDNA를 확인했다. 1989 년 Stroun과 동료들은 혈액에서 종양 (즉, 암)의 특징을 확인했습니다. 이 발견 이후, 종양 억제 자 (tumor suppressor)와 암 유전자 (oncogenes), microsatellite instability (미세 위성 불안정성) 및 DNA methylation의 특정 돌연변이를 확인한 다른 그룹이 ctDNA가 종양에 의해 혈액 순환기로 방출된다는 사실을 확인했습니다.

우리는 종양 세포에서 유래 된 ctDNA가 혈액에서 순환한다는 것을 알고 있지만,이 DNA의 기원, 방출 속도 및 방출 메커니즘은 명확하지 않으며 연구 결과가 서로 상반됩니다. 일부 연구에 따르면 더 많은 악성 종양이 더 많은 암세포를 포함하고 더 많은 ctDNA를 방출한다고합니다. 그러나 일부 연구는 모든 세포가 ctDNA를 분비한다는 것을 제시합니다. 그럼에도 불구하고 암 종양이 ctDNA의 혈중 농도를 증가시켜 ctDNA를 암의 좋은 바이오 마커로 만들 가능성이 있습니다.

혈액에서 무거운 단편화와 낮은 농도 때문에 ctDNA는 분리하고 분석하기가 어렵습니다. 혈청 샘플과 혈장 샘플간에 ctDNA 농도의 불일치가 있습니다.혈장보다는 혈청이 ctDNA의 더 좋은 공급원 인 것으로 보인다. Umetani와 동료 연구에 따르면 ctDNA 농도는 응고 및 기타 단백질이 표본 준비 과정에서 제거됨에 따라 정화 과정에서 순환 DNA가 손실 될 수 있기 때문에 혈장과 비교하여 혈장 농도가 지속적으로 낮았다.

Heitzer와 동료에 따르면 ctDNA의 진단 가능성을 활용하기 위해 해결해야 할 몇 가지 구체적인 문제는 다음과 같습니다.

"우선, 예비 분석 절차를 표준화 할 필요가 있습니다 …. 충분한 양의 고품질 DNA를 추출 할 수있는 분리 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 혈액 샘플링 및 처리의 사전 분석 요소가 DNA 생산량에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 둘째로, 가장 중요한 쟁점 중 하나는 정량화 방법의 조화가 부족하다는 것입니다. 정량화 방법이 다르면 … 전체 DNA 또는 증폭 가능한 DNA만을 대상으로하기 때문에 결과가 다릅니다 … 셋째, 원산지 및 자세한 ctDNA 방출 메커니즘 및 대부분의 연구에서 ctDNA의 방출에 기여할 수있는 사건을 혼란스럽게합니다."

타겟팅 된 접근과 대상 외 접근

현재, ctDNA에 대한 혈장 (또는 혈청)을 분석 할 때 두 가지 주요 접근 방법이 있습니다. 첫 번째 접근법은 표적이되어 종양을 나타내는 특정 유전 적 변화를 찾습니다. 두 번째 접근법은 대상이 지정되지 않고 암을 반영하는 ctDNA를 찾는 게놈 차원의 분석을 포함합니다. 또는 exome 시퀀싱을 비용 효율적이고 대상이 명확하지 않은 접근 방식으로 사용했습니다. Exomes는 단백질을 만들기 위해 전사되는 DNA 부분입니다.

표적화 된 접근법을 사용하여 혈청을 운전자 돌연변이의 작은 세트에서 알려진 유전 돌연변이에 대해 분석합니다. 운전자 돌연변이는 암세포의 성장을 촉진 또는 "촉진"시키는 게놈의 돌연변이를 의미합니다. 이러한 돌연변이에는 KRAS 또는 EGFR.

최근의 기술 발전으로 인해 소량의 ctDNA에 대한 게놈 분석에 대한 타깃 접근법이 실현 가능하게되었습니다. 이러한 기술에는 ARMS (증폭 내성 변이 시스템); 디지털 PCR (dPCR); 구슬, 유제, 증폭 및 자기 (BEAMing); 및 깊은 시퀀싱 (CAPP-Seq).

목표 접근법을 가능하게하는 기술의 진보가 있었지만, 목표 접근법은 단지 몇 가지 위치의 돌연변이 (핫스팟)를 겨냥하고 종양 억제 유전자와 같은 많은 운전자 돌연변이를 놓친다.

액체 생검에 대한 비 대상화 접근법의 주요 이점은 재발 성 유전 적 변화에 의존하지 않는다는 사실 때문에 모든 환자에서 사용할 수 있다는 것입니다. 재발하는 유전 적 변화는 모든 암을 커버하지 못하며 특정 암 서명이 아닙니다. 그럼에도 불구하고이 접근법은 분석 민감성이 결여되어 있으며 종양 게놈에 대한 포괄적 인 분석이 아직 가능하지 않습니다.

전체 게놈을 시퀀싱하는 가격이 크게 떨어졌습니다. 2006 년에 전체 게놈을 시퀀싱하는 가격은 약 $ 300,000 (USD)이었습니다. 2017 년까지 시약과 시퀀싱 장비의 할부를 포함하여 게놈 당 약 1,000 달러 (USD)로 비용이 하락했습니다.

액체 생검의 임상 적 유용성

ctDNA를 사용하기위한 초기 노력은 건강한 환자의 암 환자 또는 양성 질환 환자의 진단 및 비교 수준이었습니다. 이러한 노력의 결과가 혼합되어 일부 연구만으로 암, 무병 상태 또는 재발을 나타내는 유의 한 차이가 나타났습니다.

ctDNA가 암을 진단하는 데 단지 시간의 일부만 사용될 수있는 이유는 다양한 양의 ctDNA가 종양에서 유래되기 때문입니다. 모든 종양이 같은 양의 DNA를 "흘린다"는 것은 아닙니다. 일반적으로 더 진보되고 광범위한 종양은 조기에 국소화 된 종양보다 순환계에 더 많은 DNA를 흘려줍니다. 또한, 다양한 종양 유형은 혈액 순환에 다른 양의 DNA를 배출합니다. 종양에서 유래 한 순환 DNA의 비율은 0.01 % ~ 93 % 범위의 연구 및 암 유형에 따라 광범위하게 다양합니다. 일반적으로 소수의 ctDNA 만 종양에서 유래하고 나머지는 정상 조직에서 유래한다는 점에 유의해야합니다.

순환하는 DNA는 질병의 예후 지표로서 사용될 수 있습니다. 순환 DNA는 시간 경과에 따른 암의 변화를 감시하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 대장 암 환자의 2 년 생존율 (대장 암 진단 후 적어도 2 년 후에도 살아남은 환자 수)과 KRAS 핫스팟 돌연변이는 해당 순환 DNA의 증거가없는 사람들에서 100 %였다. 더욱이, 가까운 미래에 순환하는 DNA가 전 암성 병변을 모니터하는 데 사용될 수있는 가능성이 있습니다.

순환 DNA는 또한 치료 반응을 모니터하는 데 사용될 수 있습니다. 순환하는 DNA는 종양의 유전 적 구성에 대한 전체적인 그림을 제공하기 때문에,이 DNA는 종양 자체에서 얻은 진단 DNA 대신 사용할 수있는 진단 DNA를 포함하고있을 가능성이 큽니다.

이제 액체 생검의 몇 가지 구체적인 예를 살펴 보겠습니다.

Guardant360

Guardant Health는 차세대 시퀀싱을 사용하여 73 개의 암 관련 유전자에 대한 돌연변이 및 염색체 재 배열을 위해 순환하는 DNA를 프로파일 링하는 테스트를 개발했습니다. Guardant Health는 종양학에서 액체 생검의 유용성을보고 한 연구 결과를 발표했습니다. 이 연구는 50,000 종양 유형을 가진 15,000 명의 환자의 혈액 샘플을 사용했습니다.

대부분의 경우, 액체 생검 검사의 결과는 종양 생검에서 관찰 된 유전자 변경과 일치합니다.

NIH에 따르면:

"Guardant360은 중요한 암 관련 유전자에서와 같은 중요한 돌연변이를 확인했습니다. EGFR, BRAF, KRAS, 및 PIK3CA 종양 생검 샘플에서 이전에 확인되었던 것과 매우 비슷한 빈도로 통계적으로 94 %에서 99 %까지 상관 관계가 있습니다."

또한, NIH에 따르면 연구자들은 다음과 같이보고했다.

연구의 두 번째 구성 요소에서 연구자들은 대부분이 폐 또는 결장 직장암을 앓고있는 환자 400 명을 대상으로 혈액 ctDNA와 종양 조직 DNA 결과를 모두 제공하고 게놈 변화의 패턴을 비교했다. 종양 생검 분석의 결과와 비교하여 생검은 87 %였으며, 혈액 및 종양 샘플을 6 개월 이내에 수집 할 때 정확도는 98 %까지 증가했습니다."

Guardant360은 혈중 순환 DNA 농도가 낮더라도 정확했다. 흔히 순환하는 종양 DNA는 혈액 내 DNA의 0.4 %만을 차지합니다.

전체적으로 액체 생검을 사용하여 Guardant 연구원은 환자의 67 %에서 의사의 치료를 유도 할 수있는 종양 마커를 확인할 수있었습니다. 이 환자들은 FDA가 승인 한 치료법과 임상 시험 요법을받을 자격이있었습니다.

ctDNA와 폐암

2016 년에 FDA는 코발트 EGFR 돌연변이 테스트를 EGFR 폐암 환자의 혈액 DNA 돌연변이 이 테스트는 최초의 FDA 승인 액체 생검이었고 erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) 및 gefitinib (Iressa)를 일차 치료로 사용한 표적 치료법으로 치료할 수있는 환자를 확인했으며 osimeritinib (Tagrisso)는 2 차 치료. 이 표적으로 한 치료는 특정한 EGFR 돌연변이

중요한 것은 위음성 결과가 많기 때문에 FDA는 조직 생검 샘플을 부정적인 액체 생검 환자에게서 가져갈 것을 권고합니다.

ctDNA 및 간암

간암으로 사망하는 사람들의 숫자는 지난 20 년 동안 증가했습니다. 현재 간암은 세계에서 암으로 인한 사망 원인의 두 번째 주요 원인입니다. 간이나 간암 (HCC), 암을 발견하고 분석 할 수있는 좋은 바이오 마커가 없습니다. 순환하는 DNA는 간암의 좋은 바이오 마커가 될 수 있습니다.

간암을 진단하기 위해 순환 DNA를 사용할 가능성에 대한 Lagbaa와 공동 저자의 다음 인용문을 고려하십시오.

RASSF1A, p15 및 p16의과 메틸화는 50 명의 간세포 암 환자를 포함한 후 향적 연구에서 조기 진단 도구로 제안되었으며, 4 개의 비정상적으로 메틸화 된 유전자 (APC, GSTP1, RASSF1A 및 SFRP1) RASSF1A의 메틸화가 예후에 영향을 미친 바이오 마커로보고되었다. 후속 연구에서는 심부 시퀀싱 기술을 사용하여 간세포 암종 환자의 ctDNA를 분석했다 … 주목할만한 것은 혈액 채취시 HCC 병력이없는 2 명의 HBV 운반체에서 이상 추적 기간 동안 HCC를 발병 한이 발견은 초기 HCC 검출을위한 선별 도구로서 ctDNA의 복제 수 변이를 평가할 수있는 문을 열었습니다."

DipHealth에서 온 단어

액체 생검은 게놈 진단에 흥미로운 새로운 접근법입니다. 현재 포괄적 인 분자 프로파일 링을 제공하는 특정 액체 생검은 조직 생검에서 얻은 유전 정보를 보완하기 위해 의사에게 제공됩니다. 조직 생검을 이용할 수없는 경우 조직 생검 대신 사용할 수있는 특정 생검 검사도 있습니다.

현재 많은 액체 생검 실험이 진행 중이며이 중재의 치료 유용성을 육체화하기 위해 더 많은 연구가 필요하다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.