Исследование, проведенное Медицинской школой Университета Юты, сообщает об успехе, который может напрямую повысить чувствительность жидких биопсий. Жидкая биопсия работает путем обнаружения фрагментов ДНК опухолей, которые попадают в кровь.
Но так называемую циркулирующую опухолевую ДНК может быть трудно выделить из множества фрагментов циркулирующей ДНК здоровых клеток, которые также присутствуют — это все равно что найти иголку в стоге сена. Исследование, опубликованное 18 июля в PLOS Genetics, демонстрирует, что фрагменты циркулирующей опухоли и здоровой ДНК у онкологических больных имеют разный размер, и это свойство можно использовать для различения двух типов ДНК.
«Эта разработка может обеспечить более раннее обнаружение солидных опухолей с помощью простого забора крови за счет существенного улучшения нашей способности обнаруживать очень низкие количества циркулирующей ДНК, полученной из опухолевых клеток», — говорит автор-корреспондент Хантер Андерхилл, М.D., Ph.D., который инициировал исследование, находясь в лаборатории старшего автора Джея Шендуре, М.D., Ph.D., профессор кафедры генома Вашингтонского университета. Соавторы также включают Мэри Броннер, M.D., профессор кафедры патологии и лабораторий ARUP.
Разница в размерах между опухолью и здоровой циркулирующей ДНК была первоначально обнаружена на моделях опухолей животных, созданных путем индуцирования опухолей раковыми клетками человека. В модели глиобластомы, рака головного мозга, который не дает метастазов за пределы мозга, они могли легко увидеть, что длина циркулирующей опухолевой ДНК была меньше, чем у здоровой ДНК на 20-50 пар оснований. Эта разница в размерах была затем подтверждена на животной модели рака печени, что указывает на то, что разница в размерах может присутствовать в более чем одном типе опухолей.
Однако на данном этапе их исследования было неясно, было ли это видоспецифическим открытием, ограниченным моделями опухолей животных, или это было биологическим феноменом, который также может присутствовать у онкологических больных.
На следующем этапе исследователи сравнили циркулирующую ДНК пациентов с меланомой с ДНК здоровых добровольцев.
Они обнаружили, что их наблюдения на животных моделях подтвердились тем, что средняя длина всех фрагментов ДНК, присутствующих в крови пациентов с меланомой, была на 20-50 пар оснований короче по сравнению с фрагментами ДНК в крови здоровых добровольцев. После секвенирования ДНК они обнаружили, что фрагменты ДНК, содержащие мутировавшие гены — маркеры опухолей — обычно были меньше, чем здоровые версии гена у одного и того же пациента.
Результаты показали, что циркулирующая ДНК опухоли с большей вероятностью будет короче, чем циркулирующая здоровая ДНК. Поэтому, как поясняет Андерхилл, отбор кусков меньшего размера должен обогащать ДНК, полученную из опухолей.
Если их носит человек, разделение конкретных фрагментов ДНК по размеру должно сделать их более заметными — аналогично уменьшению размера стога сена без удаления или изменения размера иглы.
Чтобы проверить это предположение, ученые исследовали ДНК четырех пациентов с раком легких, выделив фрагменты, которые были на 20-50 пар оснований короче, чем общий средний размер в кровотоке. Это увеличило соотношение опухоли к здоровой ДНК на 2.От 5 до 9 раз.
Этот подход оказался наиболее успешным в плане различения образцов от двух пациентов, в которых ДНК опухоли меньшего размера не была очевидна, что может представлять пациентов с низкой опухолевой нагрузкой и ранее трудно выявить циркулирующую ДНК опухоли.
«Вполне возможно, что скачок чувствительности может повлиять на способность обнаружить рак, а не на нет», — говорит Андерхилл. В совокупности полученные данные подтверждают идею о том, что сортировка фрагментов ДНК меньшего размера может повысить чувствительность жидких биопсий для отслеживания многих различных типов рака.
Андерхилл также отмечает, что это открытие может показать, что есть нечто принципиально иное в том, как организм обрабатывает ДНК опухоли в процессе циркуляции.
«Понимание механизма, лежащего в основе этой разницы, может дать нам новое представление о раке», — говорит он.