Biopsi cairan menggunakan darah — bukan jaringan tumor — untuk mendiagnosis kanker
Biasanya, tumor diperiksa menggunakan biopsi jaringan. Sampel kecil diambil dari tumor dan genotip, atau dianalisis untuk genetik. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa tumor biopsi bisa menjadi tantangan. Lebih jauh lagi, biopsi tumor hanya menyediakan snapshot dari tumor.
Menulis dalam Discovery Medicine 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. Juga, biopsi hanya mencerminkan satu tempat tumor dan karena itu tidak mungkin untuk mewakili seluruh spektrum mutasi somatik pada tumor besar. Alternatifnya adalah untuk mendapatkan beberapa biopsi untuk tumor yang sama, tetapi pilihan ini tampaknya tidak realistis dan tidak akurat.
Biopsi cair melibatkan pengukuran DNA yang bersirkulasi (ctDNA) dan produk samping tumor lainnya dalam sampel darah yang diperoleh dari pasien dengan kanker. Pendekatan diagnostik yang muncul ini menjanjikan akan cepat, tidak invasif, dan hemat biaya.
Sejarah Biopsi Cair
Pada 1948, Mandel dan Métais, sepasang peneliti Prancis pertama kali mengidentifikasi ctDNA dalam darah orang sehat. Penemuan ini mendahului waktunya, 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 rekan mengidentifikasi karakteristik neoplastik (yaitu, 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 berasal dari sel-sel tumor bersirkulasi dalam darah, asal, tingkat pelepasan, dan mekanisme pelepasan DNA ini tidak jelas, dengan penelitian menghasilkan hasil yang bertentangan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tumor yang lebih ganas mengandung lebih banyak sel kanker mati dan melepaskan lebih banyak ctDNA. Namun, beberapa penelitian menunjukkan bahwa semua sel melepaskan ctDNA. Namun demikian, nampaknya tumor kanker melepaskan peningkatan kadar ctDNA ke dalam darah, menjadikan ctDNA sebagai biomarker kanker yang baik.
Karena fragmentasi berat dan konsentrasi rendah dalam darah, ctDNA sulit untuk mengisolasi dan menganalisis. Ada perbedaan konsentrasi ctDNA antara sampel serum dan plasma. Tampaknya serum darah daripada plasma darah adalah sumber ctDNA yang lebih baik. Dalam sebuah penelitian oleh Umetani dan rekan, konsentrasi ctDNA ditemukan secara konsisten rendah dalam plasma dibandingkan dengan serum karena kemungkinan hilangnya sirkulasi DNA selama pemurnian, karena koagulasi dan protein lainnya dihilangkan selama persiapan spesimen.
Menurut Heitzer dan rekan, berikut adalah beberapa masalah spesifik yang perlu diselesaikan untuk memanfaatkan potensi diagnostik ctDNA:
Pertama, prosedur preanalitik perlu distandarisasi…. Pemilihan metode isolasi yang memastikan ekstraksi sejumlah besar DNA berkualitas tinggi sangat penting dan telah ditunjukkan bahwa faktor preanalytical pengambilan sampel darah dan pengolahan 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 pengukuran ini menargetkan baik DNA yang teramplifikasi atau hanya .... Ketiga, kurang diketahui tentang asal dan mekanisme terperinci pelepasan ctDNA, dan dalam kebanyakan studi membingungkan kejadian yang mungkin juga berkontribusi pada pelepasan ctDNA.
Pendekatan yang Ditargetkan vs. Tidak Terhemat
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 menunjukkan tumor. Pendekatan kedua tidak ditargetkan dan melibatkan analisis genom-lebar mencari ctDNA reflektif kanker. Alternatifnya, sekuensing eksis digunakan sebagai pendekatan yang lebih efektif biaya dan tidak ditargetkan. Exomes adalah bagian dari DNA yang ditranskripsikan untuk membuat protein.
Dengan pendekatan yang ditargetkan, serum dianalisis untuk mutasi genetik yang diketahui dalam satu set kecil mutasi pengemudi.
Mutasi driver mengacu pada mutasi pada 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 termasuk ARMS (amplifikasi sistem mutasi refraktori); PCR digital (dPCR); manik-manik, emulsi, amplifikasi, dan magnet (BEAMing); dan pengurutan mendalam (CAPP-Seq).
Meskipun ada kemajuan teknologi yang memungkinkan pendekatan yang ditargetkan, pendekatan yang ditargetkan hanya menargetkan beberapa posisi mutasi (hotspot) dan kehilangan banyak mutasi pengemudi seperti gen supresor tumor.
Manfaat utama dari pendekatan yang tidak ditargetkan untuk biopsi cairan adalah bahwa mereka dapat digunakan pada semua pasien karena fakta bahwa tes tidak bergantung pada perubahan genetik yang berulang. Perubahan genetik yang berulang tidak mencakup semua kanker dan bukan tanda khusus kanker. Namun demikian, pendekatan ini tidak memiliki sensitivitas analitik dan analisis komprehensif genom tumor belum memungkinkan.
Dari catatan, harga sekuensing seluruh genom telah menurun secara substansial. Pada tahun 2006, harga sekuensing seluruh genom sekitar $ 300.000 (USD). Pada 2017, biaya turun menjadi sekitar $ 1.000 (USD) per genom, termasuk reagen dan amortisasi mesin sekuensing.
Kegunaan Klinis Biopsi Cair
Upaya awal untuk menggunakan ctDNA adalah tingkat diagnostik dan dibandingkan pada pasien sehat dengan pasien kanker atau mereka dengan penyakit jinak. Hasil dari upaya ini dicampur, 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 sejumlah variabel ctDNA berasal dari tumor. Tidak semua tumor "melepaskan" DNA dalam jumlah yang sama. Secara umum, tumor yang lebih maju dan tersebar luas menumpahkan lebih banyak DNA ke dalam sirkulasi daripada tumor awal, terlokalisasi,. Selain itu, jenis tumor yang berbeda memberikan jumlah DNA yang berbeda ke dalam sirkulasi. Fraksi DNA yang bersirkulasi yang berasal dari tumor sangat bervariasi di berbagai penelitian dan jenis kanker, berkisar antara 0,01% hingga 93%. Penting untuk dicatat bahwa, secara umum, hanya sebagian kecil ctDNA berasal dari tumor, sisanya berasal dari jaringan normal.
DNA yang beredar dapat digunakan sebagai penanda penyakit prognostik. DNA yang bersirkulasi dapat digunakan untuk memantau perubahan kanker seiring berjalannya waktu. Sebagai contoh, satu studi menunjukkan bahwa tingkat kelangsungan hidup dua tahun pada pasien dengan kanker kolorektal (yaitu, jumlah pasien yang masih hidup setidaknya dua tahun setelah diagnosis dengan kanker kolorektal) dan mutasi hotspot KRAS adalah 100 persen pada mereka tanpa bukti DNA sirkulasi yang sesuai. Selain itu, mungkin dalam waktu dekat, DNA yang bersirkulasi dapat digunakan untuk memantau lesi prakanker.
DNA yang bersirkulasi juga dapat digunakan untuk memantau respons terhadap terapi. Karena sirkulasi DNA memiliki 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 spesifik biopsi cair.
Guardant360
Guardant Health mengembangkan tes yang menggunakan sequencing generasi ke depan untuk profil DNA yang beredar untuk mutasi dan penyusunan ulang kromosom untuk 73 gen terkait kanker. Guardant Health menerbitkan sebuah penelitian yang melaporkan kegunaan biopsi cair dalam onkologi. Penelitian ini menggunakan sampel darah dari 15.000 pasien dengan gabungan 50 jenis tumor.
Untuk sebagian besar, hasil dari tes biopsi cair selaras dengan perubahan gen diamati pada biopsi tumor.
Menurut NIH:
Guardant360 mengidentifikasi mutasi penting yang sama dalam gen terkait kanker penting seperti EGFR, BRAF, KRAS , dan PIK3CA pada frekuensi yang sangat mirip dengan apa yang sebelumnya telah diidentifikasi dalam sampel biopsi tumor, secara statistik berhubungan dengan 94% hingga 99%.
Selanjutnya, menurut NIH, para peneliti melaporkan hal-hal berikut:
Dalam komponen kedua dari penelitian ini, para peneliti mengevaluasi hampir 400 pasien — sebagian besar memiliki kanker paru atau kolorektal — yang memiliki darah ctDNA dan hasil jaringan tumor DNA yang tersedia dan membandingkan pola perubahan genomik. Keakuratan keseluruhan biopsi cair dibandingkan dengan hasil dari analisis biopsi tumor adalah 87%. Akurasi meningkat menjadi 98% ketika sampel darah dan tumor dikumpulkan dalam waktu 6 bulan satu sama lain.
Guardant360 akurat meskipun tingkat DNA yang beredar dalam darah rendah. Seringkali, DNA tumor yang bersirkulasi hanya membentuk 0,4 persen DNA dalam darah.
Secara keseluruhan, dengan menggunakan biopsi cair, para peneliti Guardant mampu mengidentifikasi penanda tumor yang dapat mengarahkan pengobatan oleh dokter di 67 persen pasien. Pasien-pasien ini memenuhi syarat untuk perawatan yang disetujui FDA serta terapi yang diteliti.
ctDNA dan Kanker Paru
Pada tahun 2016, FDA menyetujui uji Mutasi EGFR cobas yang akan digunakan untuk mendeteksi mutasi EGFR dalam DNA yang bersirkulasi pada pasien dengan kanker paru. Tes ini adalah biopsi cair pertama yang disetujui FDA dan mengidentifikasi pasien yang mungkin 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 mutasi EGFR spesifik.
Yang penting, karena tingginya angka hasil negatif palsu, FDA merekomendasikan bahwa sampel biopsi jaringan juga diambil dari pasien yang memiliki biopsi cairan negatif.
ctDNA dan Kanker Hati
Jumlah orang yang sekarat akibat kanker hati telah meningkat selama 20 tahun terakhir. Saat ini, kanker hati adalah penyebab kematian kanker nomor dua di dunia. Tidak ada biomarker yang baik yang tersedia untuk mendeteksi dan menganalisis hati, atau hepatoseluler (HCC), kanker. DNA yang beredar bisa menjadi biomarker yang baik untuk kanker hati.
Pertimbangkan kutipan berikut dari Lagbaa dan rekan penulis tentang potensi penggunaan DNA yang bersirkulasi untuk mendiagnosis kanker hati:
Hypermethylation dari RASSF1A, p15, dan p16 telah disarankan sebagai alat diagnostik awal dalam penelitian retrospektif termasuk 50 pasien HCC. Tanda tangan dari empat gen yang mengalami metilasi (APC, GSTP1, RASSF1A, dan SFRP1) juga diuji untuk akurasi diagnostik, sementara metilasi RASSF1A dilaporkan sebagai biomarker prognostik. Penelitian selanjutnya menganalisa ctDNA pada pasien HCC menggunakan teknologi pengurutan mendalam. Angka DNA penyimpangan yang menyimpang terdeteksi pada dua pembawa HBV tanpa riwayat HCC pada saat pengumpulan darah, tetapi yang mengembangkan HCC selama masa tindak lanjut. Temuan ini membuka pintu untuk mengevaluasi variasi nomor salinan di ctDNA sebagai alat skrining untuk deteksi awal HCC.
Satu Kata Dari
Biopsi cairan adalah pendekatan baru yang menarik untuk diagnosis genomik. Saat ini, biopsi cairan tertentu, yang menawarkan profil molekuler komprehensif, tersedia bagi dokter untuk melengkapi informasi genetik yang diperoleh dari biopsi jaringan. Ada juga biopsi cairan tertentu yang dapat digunakan sebagai pengganti biopsi jaringan — ketika biopsi jaringan tidak tersedia.
Penting untuk diingat bahwa banyak uji coba biopsi cair saat ini sedang berlangsung dan penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk menyempurnakan utilitas terapeutik dari intervensi ini.
> Sumber:
> Tes Darah untuk Perubahan Genetik Tumor Menunjukkan Janji sebagai Alternatif untuk Biopsi Tumor. NIH.
> Heitzer E, Ulz P, Geigl JB. Circulating Tumor DNA sebagai Biopsi Cair untuk Kanker. Kimia Klinis. 2015; 61: 112–123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Biopsi cair pada kanker hati. Penemuan Kedokteran. 2015; 19 (105): 263-73.
> Biopsi Cair: Menggunakan DNA dalam Darah untuk Mendeteksi, Melacak, dan Mengobati Kanker. NIH.
> Umetani N, dkk. Jumlah DNA sirkulasi dalam serum yang lebih tinggi daripada dalam plasma tidak terutama disebabkan oleh DNA asing yang terkontaminasi selama pemisahan. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Prinsip Umum dalam Farmakoterapi Kanker. Dalam: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann BC. eds. Goodman & Gilman's: Dasar Farmakologi Terapi, 13e New York, NY: McGraw-Hill.