Ученые из онкологического центра имени Джона Хопкинса Киммела использовали данные полного секвенирования генома онкологических больных для разработки индивидуальных анализов крови, которые, по их мнению, могут помочь врачам адаптировать лечение пациентов. Геномные анализы крови, которые считаются первыми в своем роде, могут использоваться для контроля уровня опухоли после терапии и определения рецидива рака.
"Мы считаем, что это первое применение новых поколений полногеномного секвенирования, которое может быть клинически полезным для онкологических больных," говорит Виктор Велкулеску, M.D., Ph.D., адъюнкт-профессор онкологии и содиректор программы биологии рака в Johns Hopkins. "Используя этот подход, мы можем разработать биомаркеры для потенциально любого больного раком."
В отчете о работе, опубликованном в выпуске журнала Science Translational Medicine от 24 февраля, ученые просканировали геномы пациентов на предмет изменений, которые, по их словам, не искали большинство исследователей, – перестройки больших фрагментов ДНК, а не изменений в геноме. одна буква ДНК среди миллиардов других. Они называют свой новый подход персонализированным анализом переставленных концов (PARE).
"В прошлом при секвенировании геномов индивидуумов мы фокусировались на однобуквенных изменениях, но в этом исследовании мы искали замену целых участков генома опухоли," говорит Берт Фогельштейн, М.D., Клейтон, профессор онкологии, содиректор Института Людвига при Джонсе Хопкинсе и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. "Эти изменения, такие как изменение порядка глав в книге, легче идентифицировать и обнаружить в крови, чем однобуквенные изменения."
Широко известно, что такие перестройки ДНК происходят исключительно в раковых клетках, а не в нормальных, что делает их идеальными биомаркерами рака.
Используя шесть наборов образцов раковых и нормальных тканей, взятых у четырех пациентов с колоректальным раком и двух пациентов с раком груди, команда Джона Хопкинса использовала методы секвенирования следующего поколения для каталогизации данных последовательности генома каждого пациента. Чтобы найти перестройки ДНК, команда сначала определила области, где количество копий ДНК было больше или меньше, чем ожидалось, и где участки разных хромосом слились вместе. Эти области были дополнительно проанализированы для выявления последовательностей ДНК, отображающих неправильный порядок, ориентацию или интервал. В каждом из шести образцов было обнаружено от четырех до 15 перегруппировок.
После того, как исследователи определили перестройки ДНК в образцах опухолей пациентов, они искали те же изменения в ДНК, проливаемой из опухолей в кровь пациентов. Используя образцы крови двух пациентов с колоректальным раком, они амплифицировали ДНК, обнаруженную в крови, и определили, что эти тесты были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить реаранжированную опухолевую ДНК в этих образцах.
По их словам, результаты таких анализов крови могут помочь клиницистам обнаружить рак или его рецидив и проинформировать их о том, как пациент реагирует на лечение рака. В примере с одним пациентом с раком толстой кишки ученые обнаружили, что участок четвертой хромосомы слился с участком восьмой хромосомы. "Мы разработали биомаркер, который может охватить эту перестройку, и использовали анализ крови для оценки уровней биомаркеров, поскольку пациент получал различные виды лечения рака," говорит Ребекка Лири, аспирантка онкологического центра Джонса Хопкинса Киммела.
После первоначальной операции уровень биомаркеров пациента упал из-за удаления большей части опухоли. Уровни биомаркеров снова выросли, что указывает на то, что в организме пациента остался дополнительный рак. После химиотерапии и второй операции уровень биомаркера существенно снизился, но все еще оставался небольшой, но измеримый уровень биомаркера. Это соответствовало небольшому метастатическому поражению, которое осталось в печени пациента.
Исследователи предполагают, что биомаркеры на основе PARE также можно использовать для определения наличия раковых клеток в хирургических краях или ткани лимфатических узлов, удаленных во время операции, и, возможно, для ранней диагностики заболевания. "В конце концов, мы считаем, что этот тип подхода может быть использован для выявления рецидивов рака до того, как они будут обнаружены обычными методами визуализации, такими как компьютерная томография," говорит Луис Диас, M.D., доцент кафедры онкологии Университета Джонса Хопкинса.
По прогнозам Велкулеску, технология, используемая для исследования геномов пациентов, станет недорогой. Он говорит, что сканирование генома обошлось им примерно в 5000 долларов на пациента, но затраты на секвенирование продолжают снижаться. КТ-сканирование в настоящее время стоит 1500 долларов за сканирование и ограничено по своей способности обнаруживать микроскопические раковые опухоли.
"Если текущие тенденции в секвенировании генома сохранятся, PARE будет более рентабельным, чем компьютерная томография, и может оказаться более информативным," говорит Кеннет В. Кинзлер, Ph.D., профессор онкологии и содиректор Центра Людвига в Университете Джонса Хопкинса.
Команда Джона Хопкинса планирует протестировать больше образцов пациентов и усовершенствовать свои методы для создания коммерчески жизнеспособного анализа крови на основе генома. Они подали заявки на патенты на технологию.
В соответствии с лицензионным соглашением между Университетом Джона Хопкинса и Genzyme, Велкулеску, Фогельштейн и Кинзлер имеют право на получение доли роялти, полученных Университетом от продаж продуктов, связанных с исследованиями, описанными в этом документе. Условиями этих договоренностей управляет Университет Джона Хопкинса в соответствии с его политикой в отношении конфликта интересов.