Biopsi Cair untuk Mendiagnosis Kanker

Biasanya, tumor diperiksa menggunakan biopsi jaringan. Sampel kecil diambil dari tumor dan di-genotipe, atau dianalisis untuk susunan genetik. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa tumor biopsi dapat menjadi tantangan. Selain itu, biopsi tumor hanya memberikan gambaran tentang tumor.

Menulis di Obat Penemuan pada tahun 2015, Labgaa dan rekan penulis menyatakan hal berikut tentang biopsi tumor konvensional:

"Untuk alasan yang jelas, sulit untuk memantau evolusi tumor dengan biopsi berurutan. Selain itu, biopsi hanya mencerminkan satu titik tumor dan karena itu tidak mungkin mewakili seluruh spektrum mutasi somatik pada tumor besar. Alternatifnya adalah mendapatkan beberapa biopsi untuk tumor yang sama, tetapi opsi ini tampaknya tidak realistis atau akurat."

Biopsi cair melibatkan pengukuran DNA yang bersirkulasi (ctDNA) dan produk samping tumor lainnya dalam sampel darah yang diperoleh dari pasien kanker. Pendekatan diagnostik yang muncul ini menjanjikan akan cepat, tidak invasif, dan hemat biaya.

Sejarah Biopsi Cairan

Pada tahun 1948, Mandel dan Métais, sepasang peneliti Perancis pertama kali mengidentifikasi ctDNA dalam darah orang sehat. Penemuan ini lebih dulu, dan baru beberapa dekade kemudian ctDNA dieksplorasi lebih lanjut.

Pada tahun 1977, Leon dan rekannya pertama kali mengidentifikasi peningkatan jumlah ctDNA dalam darah pasien kanker. Pada tahun 1989, Stroun dan rekannya mengidentifikasi karakteristik neoplastik (mis., Kanker) dalam darah. Setelah penemuan ini, beberapa kelompok lain mengidentifikasi mutasi spesifik pada penekan tumor dan onkogen, ketidakstabilan mikrosatelit, dan metilasi DNA, yang membuktikan bahwa ctDNA dilepaskan ke dalam sirkulasi oleh tumor.

Meskipun kita tahu bahwa ctDNA yang berasal dari sel-sel tumor bersirkulasi dalam darah, asal, laju pelepasan, dan mekanisme pelepasan DNA ini tidak jelas, dengan penelitian yang menghasilkan hasil yang bertentangan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tumor yang lebih ganas mengandung lebih banyak sel kanker yang mati dan melepaskan lebih banyak ctDNA. Namun, beberapa penelitian menunjukkan bahwa semua sel melepaskan ctDNA. Namun demikian, sepertinya tumor kanker melepaskan peningkatan level ctDNA ke dalam darah, menjadikan ctDNA sebagai biomarker kanker yang baik.

Karena fragmentasi berat dan konsentrasi rendah dalam darah, ctDNA sulit untuk diisolasi dan dianalisis. Ada perbedaan konsentrasi ctDNA antara serum dan sampel plasma.Tampaknya serum darah daripada plasma darah adalah sumber ctDNA yang lebih baik. Dalam sebuah studi oleh Umetani dan rekannya, konsentrasi ctDNA ditemukan secara konsisten rendah dalam plasma dibandingkan dengan serum karena kemungkinan hilangnya sirkulasi DNA selama pemurnian, karena koagulasi dan protein lain sedang dihilangkan selama persiapan spesimen.

Menurut Heitzer dan rekan, berikut adalah beberapa masalah spesifik yang perlu diselesaikan untuk memanfaatkan potensi diagnostik ctDNA:

"Pertama, prosedur praanalitik perlu distandarisasi …. Pemilihan metode isolasi yang memastikan ekstraksi DNA berkualitas tinggi dalam jumlah yang cukup sangat penting dan telah ditunjukkan bahwa faktor-faktor pra-analisis pengambilan sampel darah dan pemrosesan dapat sangat mempengaruhi hasil DNA …. Kedua, salah satu masalah yang paling penting adalah kurangnya harmonisasi metode kuantifikasi. Metode kuantifikasi yang berbeda, … menghasilkan hasil yang berbeda karena target pengukuran ini baik total atau hanya DNA yang dapat diamplifikasi …. Ketiga, sedikit yang diketahui tentang asal dan detailnya. mekanisme pelepasan ctDNA, dan dalam sebagian besar studi mengacaukan peristiwa yang mungkin juga berkontribusi pada pelepasan ctDNA."

Pendekatan Bertarget vs. Tidak Dicentang

Saat ini, ada dua pendekatan utama yang diambil ketika menganalisis plasma darah (atau serum) untuk ctDNA. Pendekatan pertama ditargetkan dan mencari perubahan genetik spesifik yang mengindikasikan tumor. Pendekatan kedua tidak ditargetkan dan melibatkan analisis genom-lebar mencari ctDNA reflektif kanker. Atau, exome sequencing telah digunakan sebagai pendekatan yang lebih hemat biaya dan tidak ditargetkan. Eksom adalah bagian-bagian dari DNA yang ditranskripsi untuk membuat protein.

Dengan pendekatan yang ditargetkan, serum dianalisis untuk mengetahui mutasi genetik dalam satu set kecil mutasi driver. Mutasi driver mengacu pada mutasi dalam genom yang mempromosikan, atau "mendorong," pertumbuhan sel kanker. Mutasi ini termasuk KRAS atau EGFR.

Karena kemajuan teknologi dalam beberapa tahun terakhir, pendekatan yang ditargetkan untuk analisis genom untuk sejumlah kecil ctDNA telah menjadi layak. Teknologi ini meliputi ARMS (amplifikasi sistem mutasi tahan api); digital PCR (dPCR); manik-manik, emulsi, amplifikasi, dan magnet (BEAMing); dan deep sequencing (CAPP-Seq).

Meskipun ada kemajuan dalam teknologi yang memungkinkan pendekatan yang ditargetkan, pendekatan yang ditargetkan hanya menargetkan beberapa posisi mutasi (hotspot) dan kehilangan banyak mutasi driver seperti gen penekan tumor.

Manfaat utama dari pendekatan yang tidak ditargetkan untuk biopsi cair adalah bahwa mereka dapat digunakan pada semua pasien karena fakta bahwa tes tidak bergantung pada perubahan genetik berulang. Perubahan genetik berulang tidak mencakup semua kanker dan bukan tanda tangan kanker spesifik. Namun demikian, pendekatan ini tidak memiliki sensitivitas analitik dan analisis komprehensif genom tumor belum memungkinkan.

Dari catatan, harga sekuensing seluruh genom telah turun secara substansial. Pada tahun 2006, harga sequencing seluruh genom adalah sekitar $ 300.000 (USD). Pada 2017, biaya telah turun menjadi sekitar $ 1.000 (USD) per genom, termasuk reagen dan amortisasi mesin sekuensing.

Utilitas Klinis Biopsi Cair

Upaya awal untuk menggunakan ctDNA adalah tingkat diagnostik dan membandingkan pada pasien sehat dengan pasien kanker atau mereka dengan penyakit jinak. Hasil dari upaya ini beragam, dengan hanya beberapa penelitian yang menunjukkan perbedaan signifikan yang menunjukkan kanker, status bebas penyakit, atau kambuh.

Alasan mengapa ctDNA hanya dapat digunakan beberapa waktu untuk mendiagnosis kanker adalah karena jumlah ctDNA yang bervariasi berasal dari tumor. Tidak semua tumor “menumpahkan” DNA dalam jumlah yang sama. Secara umum, tumor yang lebih maju dan tersebar luas menyebarkan lebih banyak DNA ke dalam sirkulasi daripada tumor awal yang terlokalisasi. Selain itu, berbagai jenis tumor melepaskan jumlah DNA yang berbeda ke dalam sirkulasi. Fraksi DNA yang bersirkulasi yang berasal dari tumor sangat bervariasi di berbagai penelitian dan jenis kanker, mulai dari 0,01% hingga 93%. Penting untuk dicatat bahwa, secara umum, hanya sebagian kecil ctDNA yang berasal dari tumor, sisanya berasal dari jaringan normal.

DNA yang bersirkulasi dapat digunakan sebagai penanda prognostik penyakit. DNA yang bersirkulasi dapat digunakan untuk memantau perubahan kanker seiring waktu. Sebagai contoh, satu studi menunjukkan bahwa tingkat kelangsungan hidup dua tahun pada pasien dengan kanker kolorektal (yaitu, jumlah pasien masih hidup setidaknya dua tahun setelah didiagnosis dengan kanker kolorektal) dan KRAS mutasi hotspot adalah 100 persen pada mereka yang tidak memiliki bukti sirkulasi DNA yang sesuai. Selain itu, mungkin saja dalam waktu dekat, DNA yang bersirkulasi dapat digunakan untuk memantau lesi prakanker.

DNA yang bersirkulasi juga dapat digunakan untuk memantau respons terhadap terapi. Karena DNA yang bersirkulasi memberikan gambaran keseluruhan yang lebih baik tentang susunan genetik tumor, DNA ini kemungkinan mengandung DNA diagnostik, yang dapat digunakan sebagai pengganti DNA diagnostik yang diperoleh dari tumor itu sendiri.

Sekarang, mari kita lihat beberapa contoh biopsi cair tertentu.

Guardant360

Guardant Health mengembangkan tes yang menggunakan sequencing generasi berikutnya untuk profil sirkulasi DNA untuk mutasi dan penyusunan ulang kromosom untuk 73 gen yang berhubungan dengan kanker. Guardant Health menerbitkan sebuah penelitian yang melaporkan kegunaan biopsi cair dalam onkologi. Penelitian ini menggunakan sampel darah dari 15.000 pasien dengan 50 jenis tumor gabungan.

Sebagian besar, hasil dari tes biopsi cair selaras dengan perubahan gen yang diamati pada biopsi tumor.

Menurut NIH:

"Guardant360 mengidentifikasi mutasi kritis yang sama pada gen-gen penting terkait kanker seperti EGFR, BRAF, KRAS, dan PIK3CA pada frekuensi yang sangat mirip dengan apa yang sebelumnya telah diidentifikasi dalam sampel biopsi tumor, secara statistik berkorelasi menjadi 94% hingga 99%."

Selanjutnya, menurut NIH para peneliti melaporkan hal berikut:

"Dalam komponen kedua dari penelitian ini, para peneliti mengevaluasi hampir 400 pasien - kebanyakan dari mereka menderita kanker paru-paru atau kolorektal - yang memiliki hasil ctDNA darah dan jaringan tumor DNA yang tersedia dan membandingkan pola perubahan genomik. Keakuratan cairan secara keseluruhan. biopsi dibandingkan dengan hasil dari analisis biopsi tumor adalah 87%. Akurasi meningkat menjadi 98% ketika sampel darah dan tumor dikumpulkan dalam 6 bulan satu sama lain."

Guardant360 akurat meskipun tingkat sirkulasi DNA dalam darah rendah. Seringkali, DNA tumor yang bersirkulasi hanya membentuk 0,4 persen dari DNA dalam darah.

Secara keseluruhan, menggunakan biopsi cair, para peneliti Guardant mampu mengidentifikasi penanda tumor yang dapat mengarahkan pengobatan oleh dokter pada 67 persen pasien. Pasien-pasien ini memenuhi syarat untuk perawatan yang disetujui FDA serta terapi investigasi.

ctDNA dan Kanker Paru

Pada tahun 2016, FDA menyetujui Tes Mutasi EGFR cobas untuk digunakan untuk deteksi EGFR mutasi dalam sirkulasi DNA pasien dengan kanker paru-paru. Tes ini adalah biopsi cair pertama yang disetujui FDA dan mengidentifikasi pasien yang mungkin menjadi kandidat untuk pengobatan dengan terapi bertarget menggunakan erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif), dan gefitinib (Iressa) sebagai pengobatan lini pertama, dan osimeritinib (Tagrisso) sebagai pengobatan lini kedua. Terapi bertarget ini menyerang sel kanker dengan spesifik EGFR mutasi.

Yang penting, karena tingginya jumlah hasil negatif palsu, FDA merekomendasikan agar sampel biopsi jaringan juga diambil dari pasien yang memiliki biopsi cair negatif.

ctDNA dan Kanker Hati

Jumlah orang yang meninggal karena kanker hati telah meningkat selama 20 tahun terakhir. Saat ini, kanker hati adalah penyebab utama kedua kematian akibat kanker di dunia. Tidak ada biomarker baik yang tersedia untuk mendeteksi dan menganalisis kanker hati, atau hepatoseluler (HCC). DNA yang bersirkulasi bisa menjadi biomarker yang baik untuk kanker hati.

Pertimbangkan kutipan berikut dari Lagbaa dan rekan penulis tentang potensi menggunakan DNA yang bersirkulasi untuk mendiagnosis kanker hati:

"Hypermethylation dari RASSF1A, p15, dan p16 telah disarankan sebagai alat diagnostik awal dalam studi retrospektif termasuk 50 pasien HCC. Tanda tangan dari empat gen yang dimetilasi secara menyimpang (APC, GSTP1, RASSF1A, dan SFRP1) juga diuji untuk akurasi diagnostik, sementara metilasi RASSF1A dilaporkan sebagai biomarker prognostik.Penelitian selanjutnya menganalisis ctDNA pada pasien HCC menggunakan teknologi pengurutan yang dalam …. Mencolok, jumlah salinan DNA yang menyimpang terdeteksi dalam dua pembawa HBV tanpa riwayat HCC sebelumnya pada saat pengumpulan darah, tetapi yang mengembangkan HCC selama masa tindak lanjut. Temuan ini membuka pintu untuk mengevaluasi variasi jumlah salinan dalam ctDNA sebagai alat skrining untuk deteksi dini HCC."

Sepatah Kata Dari DipHealth

Biopsi cair adalah pendekatan baru yang menarik untuk diagnosis genom. Saat ini, biopsi cair tertentu, yang menawarkan profil molekuler yang komprehensif, tersedia untuk dokter untuk melengkapi informasi genetik yang diperoleh dari biopsi jaringan. Ada juga biopsi cair tertentu yang dapat digunakan sebagai pengganti biopsi jaringan - ketika biopsi jaringan tidak tersedia.

Penting untuk diingat bahwa banyak percobaan biopsi cair saat ini sedang berlangsung dan penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk menyempurnakan utilitas terapi intervensi ini.