Μια ομάδα με επικεφαλής τους ερευνητές του Broad Institute of MIT και του Χάρβαρντ, του Ινστιτούτου Καρκίνου Dana-Farber και της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τον εντοπισμό χιλιάδων μεταλλάξεων DNA με ακρίβεια και αποτελεσματικότητα στο δείγμα αίματος ενός ασθενούς με ελάχιστη αλληλουχία. Η προσέγγιση, που ονομάζεται MAESTRO, θα μπορούσε μια μέρα να επιτρέψει την ανίχνευση υπολειπόμενου καρκίνου σε ασθενείς που έχουν υποβληθεί σε θεραπεία, ειδοποιώντας τους γιατρούς για υποτροπή της νόσου νωρίτερα και φθηνότερα από ό,τι επιτρέπουν οι τρέχουσες τεχνικές. “Η ικανότητα εύρεσης σπάνιων μεταλλάξεων σε ένα κλινικό δείγμα είναι χρήσιμη σε πολλούς τομείς της βιοϊατρικής και της διάγνωσης”, εξήγησε ο συν-ανώτερος συγγραφέας Viktor Adalsteinsson, αναπληρωτής διευθυντής του Gerstner Center for Cancer Diagnostics στο Broad Institute.
“Οι τρέχουσες τεχνικές απαιτούν μεγάλη αλληλουχία για την εύρεση θραυσμάτων DNA χαμηλής αφθονίας, ενώ το MAESTRO είναι αρκετά ευαίσθητο ώστε να βρει χιλιάδες μεταλλάξεις με εκατοντάδες φορές λιγότερη αλληλουχία.” Η εργασία δημοσιεύεται αυτή την εβδομάδα στο Nature Biomedical Engineering με επιπρόσθετους συν-ανώτερους συγγραφείς Todd Golub, διευθυντή του Broad Institute και σχολής στο Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) και στο Harvard Medical School (HMS), και τον Michael Makrigiorgos, καθηγητή στο DFCI και HMS.
Κυνήγι για το DNA του καρκίνου
Σε έναν ασθενή με καρκίνο, τα καρκινικά κύτταρα ρίχνουν κομμάτια του DNA τους στο αίμα – θραύσματα με ενδεικτικές μεταλλάξεις που δείχνουν ότι προέρχονται από τον άρρωστο ιστό. Αλλά οποιοδήποτε DNA όγκου σε δείγμα αίματος είναι ένα μικροσκοπικό κλάσμα που επιπλέει σε μια θάλασσα υγιούς γενετικού υλικού. Η ακριβής ανίχνευση αυτής της αραιής ποσότητας DNA είναι μια πρόκληση, ειδικά όταν ψάχνουμε για τον μικρό αριθμό καρκινικών κυττάρων που μένουν πίσω μετά τη θεραπεία του καρκίνου (που ονομάζεται “ελάχιστη υπολειμματική ασθένεια” ή MRD). “Βλέπουμε αυτή την ανάγκη για μεγαλύτερη ευαισθησία”, είπε ο Adalsteinsson. “Και η ομάδα μας εργάζεται σε μια σειρά από τεχνολογίες για να το αντιμετωπίσει.” Η ομάδα είχε προηγουμένως επιδείξει επιτυχία στην ανίχνευση μικρών ποσοτήτων υπολειπόμενου DNA καρκίνου από δείγματα αίματος σαρώνοντας εκατοντάδες καρκινικές μεταλλάξεις. Η σάρωση για χιλιάδες μεταλλάξεις μπορεί να βελτιώσει ακόμη περισσότερο τους ρυθμούς ανίχνευσης MRD, αλλά αυτό συνήθως απαιτεί τεράστιο αριθμό αλληλουχίας για την παροχή ακριβών αποτελεσμάτων.
Το MAESTRO, το οποίο σημαίνει “αλληλουχία εμπλουτισμένη με δευτερεύοντα αλληλόμορφα μέσω ολιγονουκλεοτιδίων αναγνώρισης”, είναι μια πιο αποτελεσματική προσέγγιση για την ανίχνευση μεταλλάξεων χαμηλής συχνότητας. Για να χρησιμοποιήσουν το MAESTRO, οι ερευνητές καταγράφουν πρώτα τη βιοψία όγκου ενός ασθενούς για να κατανοήσουν το τοπίο των μεταλλάξεων. Με αυτές τις πληροφορίες στο χέρι, μπορούν να δημιουργήσουν εξειδικευμένους μοριακούς ανιχνευτές που θα συνδέονται μόνο με αυτές τις αλληλουχίες DNA που σχετίζονται με όγκους. Οι επιστήμονες προσθέτουν τους μοριακούς ανιχνευτές στο απαλλαγμένο από κύτταρα DNA από δείγματα αίματος και στη συνέχεια ξεπλένουν κάθε μη δεσμευμένο DNA, επιτρέποντας στις μηχανές αλληλούχισης να διακρίνουν τις σπάνιες μεταλλάξεις καρκίνου από το δείγμα.
Σε αυτή τη μελέτη, το MAESTRO πραγματοποίησε εξίσου καλά με τις πιο συμβατικές προσεγγίσεις αλληλουχίας στον εντοπισμό εκατοντάδων μεταλλάξεων χαμηλής αφθονίας, αποκαλύπτοντας την πλειονότητα ενώ απαιτούσε σημαντικά λιγότερους πόρους. Επιπλέον, το MAESTRO επέτρεψε στην ομάδα να αυξήσει την αναζήτηση σε 10.000 μεταλλάξεις με χαμηλό κόστος, ενισχύοντας βαθιά τα αποτελέσματα ανίχνευσης. Οι ερευνητές επανεξέτασαν επίσης δείγματα ασθενών που είχαν αναλυθεί χρησιμοποιώντας τις προηγούμενες μεθόδους τους. Με το MAESTRO, αποκάλυψαν ουσιαστικά περισσότερες μεταλλάξεις από κάθε δείγμα αίματος που δοκιμάστηκε, ενισχύοντας την ανίχνευση της MRD μετά τη θεραπεία του καρκίνου. “Το MAESTRO συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του βάθους και του πλάτους σε ένα ενιαίο πρωτόκολλο”, είπε ο Μακρυγιώργος. “Αυτό ανοίγει τη δυνατότητα ανίχνευσης MRD νωρίτερα ή ταυτοποίησης του κυκλοφορούντος DNA από καρκίνους που αποβάλλουν πολύ λίγο”.