Все новости
Исследователи улучшили способность анализов крови обнаруживать и отслеживать рак
18 января 2024
Авторы - Carmen Martin-Alonso PhD ’23, Kan Xiong
Это позволяет легче обнаружить циркулирующую опухолевую ДНК в образцах крови, что может способствовать более ранней диагностике рака и направлению лечения.
Опухоли выбрасывают ДНК из отмирающих клеток, которая на короткое время попадает в кровь пациента и быстро разрушается. Многие компании создали анализы крови, которые могут обнаружить эту опухолевую ДНК, что потенциально может помочь врачам диагностировать или контролировать рак, а также выбрать наилучшее лечение.
Однако количество опухолевой ДНК, циркулирующей в любой момент времени, чрезвычайно мало, поэтому было сложно разработать достаточно чувствительные тесты, чтобы уловить этот крошечный сигнал. Группа исследователей из Массачусетского технологического института, Broad Institute of MIT и Гарварда придумала, как значительно усилить этот сигнал, временно замедлив выведение опухолевой ДНК, циркулирующей в кровотоке.
Исследователи разработали два разных типа инъекционных молекул, которые они назвали "праймерами", способными временно нарушить способность организма удалять циркулирующую опухолевую ДНК из кровотока. В исследовании на мышах они показали, что эти агенты способны повысить уровень ДНК настолько, что процент выявляемых метастазов в легких на ранней стадии заболевания возрастает с менее чем 10 процентов до более чем 75 процентов. Такой подход может обеспечить не только более раннюю диагностику рака, но и более чувствительное обнаружение опухолевых мутаций, которые могут быть использованы для направления лечения. Он также может помочь улучшить выявление рецидивов рака. "Вы можете ввести один из этих препаратов за час до забора крови, и он сделает видимыми те вещи, которые раньше не были видны. Следствием этого является то, что мы должны быть в состоянии дать всем, кто делает жидкую биопсию для любых целей, больше молекул для работы", - говорит Санджита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон и электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института.
Лучшие биопсии
Жидкие биопсии, позволяющие обнаружить небольшое количество ДНК в образцах крови, сегодня используются у многих больных раком для выявления мутаций, которые могут помочь направить лечение. Однако при повышении чувствительности эти тесты могут стать полезными для гораздо большего числа пациентов. Большинство усилий по повышению чувствительности жидких биопсий направлено на разработку новых технологий секвенирования, которые можно использовать после забора крови. Во время мозгового штурма способов сделать жидкую биопсию более информативной, Бхатия, Лав, Адальстейнссон и их стажеры пришли к идее попытаться увеличить количество ДНК в кровотоке пациента до взятия образца.
“Опухоль постоянно создает новую бесклеточную ДНК, и именно этот сигнал мы пытаемся обнаружить при заборе крови. Однако существующие технологии жидкостной биопсии ограничены количеством материала, который вы собираете в пробирку с кровью", - говорит Лав. "В этой работе мы думаем о том, как ввести что-то заранее, что поможет увеличить или усилить количество сигнала, который можно собрать в том же небольшом образце".
Организм использует две основные стратегии для удаления циркулирующей ДНК из кровотока. Ферменты, называемые ДНКазами, циркулируют в крови и разрушают ДНК, с которой они сталкиваются, а иммунные клетки, известные как макрофаги, поглощают свободную от клеток ДНК, когда кровь фильтруется через печень. Исследователи решили воздействовать на каждый из этих процессов отдельно. Чтобы предотвратить разрушение ДНК с помощью ДНКаз, они разработали моноклональное антитело, которое связывается с циркулирующей ДНК и защищает ее от ферментов. "Антитела - это хорошо зарекомендовавшие себя биофармацевтические средства, которые безопасны при различных заболеваниях, в том числе при лечении рака и аутоиммунных заболеваний", - говорит Лав. "Идея заключалась в том, что мы можем использовать такое антитело, чтобы временно защитить ДНК от деградации нуклеазами, которые находятся в циркуляции. И таким образом мы сместим баланс в сторону того, что опухоль будет генерировать ДНК чуть быстрее, чем разрушать, увеличивая ее концентрацию в крови".
Другой разработанный ими прайминг-агент - наночастица, призванная блокировать макрофаги от поглощения бесклеточной ДНК. Эти клетки, как известно, склонны поглощать синтетические наночастицы. "ДНК - это биологическая наночастица, и было логично предположить, что иммунные клетки в печени, вероятно, будут поглощать ее так же, как и синтетические наночастицы. И если это так, что и оказалось, то мы могли бы использовать безопасную фиктивную наночастицу, чтобы отвлечь эти иммунные клетки и оставить циркулирующую ДНК в покое, чтобы она была в более высокой концентрации", - говорит Бхатия.
Более раннее обнаружение опухолей
Исследователи протестировали свой праймер на мышах, которым были пересажены раковые клетки, склонные к образованию опухолей в легких. Через две недели после пересадки клеток исследователи показали, что эти праймеры могут увеличить количество циркулирующей опухолевой ДНК, обнаруженной в образце крови, в 60 раз. После того как образец крови будет взят, его можно подвергнуть тем же тестам на секвенирование, которые сейчас используются для образцов жидкой биопсии. Эти тесты позволяют выявить опухолевую ДНК, в том числе специфические последовательности, которые используются для определения типа опухоли и, возможно, наиболее эффективных методов лечения.
Раннее обнаружение рака - еще одно перспективное применение этих праймеров. Исследователи обнаружили, что когда мышам перед забором крови давали наночастицы, это позволило обнаружить циркулирующую опухолевую ДНК в крови 75 процентов мышей с низким уровнем ракового бремени, в то время как без этой добавки она не была обнаружена. "Одним из самых серьезных препятствий для проведения жидкостной биопсии при раке была нехватка циркулирующей опухолевой ДНК в образце крови", - говорит Адальстейнссон. "Поэтому отрадно видеть масштабы эффекта, которого нам удалось достичь к настоящему времени, и представлять, какое влияние это может оказать на пациентов". После введения любого из праймеров уровень ДНК в крови повышается в течение часа или двух, а затем возвращается к норме примерно через 24 часа. "Способность этих агентов достигать пика активности в течение пары часов, после чего они быстро выводятся из организма, означает, что человек может прийти в кабинет врача, получить такой агент, а затем сдать кровь на анализ, и все это в течение одного визита", - говорит Лав. "Эта особенность предвещает возможность применения этой концепции в клинической практике".
Исследователи основали компанию Amplifyer Bio, которая планирует и дальше развивать технологию в надежде довести ее до клинических испытаний. "Пробирка с кровью - это гораздо более доступная диагностика, чем колоноскопия или даже маммография", - говорит Бхатия. "В конечном счете, если эти инструменты действительно предсказуемы, то мы сможем привлечь в систему гораздо больше пациентов, которые могут получить пользу от предотвращения рака или более эффективной терапии".
Исследование финансировалось за счет гранта поддержки Института Коха (основной) от Национального института рака, Марблского центра онкологической наномедицины, Фонда семьи Герстнер, Центра Людвига в Массачусетском технологическом институте, Программы пограничных исследований Института Коха через Фонд Кейси и семьи, а также проекта "Мост", партнерства Института Коха и Онкологического центра Дана-Фарбер/Гарвард.
Credits:Image: MIT News; iStock
Оригинальная статья: https://news.mit.edu/2024/researchers-improve-blood-tests-ability-detect-monitor-cancer-0118
Это позволяет легче обнаружить циркулирующую опухолевую ДНК в образцах крови, что может способствовать более ранней диагностике рака и направлению лечения.
Опухоли выбрасывают ДНК из отмирающих клеток, которая на короткое время попадает в кровь пациента и быстро разрушается. Многие компании создали анализы крови, которые могут обнаружить эту опухолевую ДНК, что потенциально может помочь врачам диагностировать или контролировать рак, а также выбрать наилучшее лечение.
Однако количество опухолевой ДНК, циркулирующей в любой момент времени, чрезвычайно мало, поэтому было сложно разработать достаточно чувствительные тесты, чтобы уловить этот крошечный сигнал. Группа исследователей из Массачусетского технологического института, Broad Institute of MIT и Гарварда придумала, как значительно усилить этот сигнал, временно замедлив выведение опухолевой ДНК, циркулирующей в кровотоке.
Исследователи разработали два разных типа инъекционных молекул, которые они назвали "праймерами", способными временно нарушить способность организма удалять циркулирующую опухолевую ДНК из кровотока. В исследовании на мышах они показали, что эти агенты способны повысить уровень ДНК настолько, что процент выявляемых метастазов в легких на ранней стадии заболевания возрастает с менее чем 10 процентов до более чем 75 процентов. Такой подход может обеспечить не только более раннюю диагностику рака, но и более чувствительное обнаружение опухолевых мутаций, которые могут быть использованы для направления лечения. Он также может помочь улучшить выявление рецидивов рака. "Вы можете ввести один из этих препаратов за час до забора крови, и он сделает видимыми те вещи, которые раньше не были видны. Следствием этого является то, что мы должны быть в состоянии дать всем, кто делает жидкую биопсию для любых целей, больше молекул для работы", - говорит Санджита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон и электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института.
Лучшие биопсии
Жидкие биопсии, позволяющие обнаружить небольшое количество ДНК в образцах крови, сегодня используются у многих больных раком для выявления мутаций, которые могут помочь направить лечение. Однако при повышении чувствительности эти тесты могут стать полезными для гораздо большего числа пациентов. Большинство усилий по повышению чувствительности жидких биопсий направлено на разработку новых технологий секвенирования, которые можно использовать после забора крови. Во время мозгового штурма способов сделать жидкую биопсию более информативной, Бхатия, Лав, Адальстейнссон и их стажеры пришли к идее попытаться увеличить количество ДНК в кровотоке пациента до взятия образца.
“Опухоль постоянно создает новую бесклеточную ДНК, и именно этот сигнал мы пытаемся обнаружить при заборе крови. Однако существующие технологии жидкостной биопсии ограничены количеством материала, который вы собираете в пробирку с кровью", - говорит Лав. "В этой работе мы думаем о том, как ввести что-то заранее, что поможет увеличить или усилить количество сигнала, который можно собрать в том же небольшом образце".
Организм использует две основные стратегии для удаления циркулирующей ДНК из кровотока. Ферменты, называемые ДНКазами, циркулируют в крови и разрушают ДНК, с которой они сталкиваются, а иммунные клетки, известные как макрофаги, поглощают свободную от клеток ДНК, когда кровь фильтруется через печень. Исследователи решили воздействовать на каждый из этих процессов отдельно. Чтобы предотвратить разрушение ДНК с помощью ДНКаз, они разработали моноклональное антитело, которое связывается с циркулирующей ДНК и защищает ее от ферментов. "Антитела - это хорошо зарекомендовавшие себя биофармацевтические средства, которые безопасны при различных заболеваниях, в том числе при лечении рака и аутоиммунных заболеваний", - говорит Лав. "Идея заключалась в том, что мы можем использовать такое антитело, чтобы временно защитить ДНК от деградации нуклеазами, которые находятся в циркуляции. И таким образом мы сместим баланс в сторону того, что опухоль будет генерировать ДНК чуть быстрее, чем разрушать, увеличивая ее концентрацию в крови".
Другой разработанный ими прайминг-агент - наночастица, призванная блокировать макрофаги от поглощения бесклеточной ДНК. Эти клетки, как известно, склонны поглощать синтетические наночастицы. "ДНК - это биологическая наночастица, и было логично предположить, что иммунные клетки в печени, вероятно, будут поглощать ее так же, как и синтетические наночастицы. И если это так, что и оказалось, то мы могли бы использовать безопасную фиктивную наночастицу, чтобы отвлечь эти иммунные клетки и оставить циркулирующую ДНК в покое, чтобы она была в более высокой концентрации", - говорит Бхатия.
Более раннее обнаружение опухолей
Исследователи протестировали свой праймер на мышах, которым были пересажены раковые клетки, склонные к образованию опухолей в легких. Через две недели после пересадки клеток исследователи показали, что эти праймеры могут увеличить количество циркулирующей опухолевой ДНК, обнаруженной в образце крови, в 60 раз. После того как образец крови будет взят, его можно подвергнуть тем же тестам на секвенирование, которые сейчас используются для образцов жидкой биопсии. Эти тесты позволяют выявить опухолевую ДНК, в том числе специфические последовательности, которые используются для определения типа опухоли и, возможно, наиболее эффективных методов лечения.
Раннее обнаружение рака - еще одно перспективное применение этих праймеров. Исследователи обнаружили, что когда мышам перед забором крови давали наночастицы, это позволило обнаружить циркулирующую опухолевую ДНК в крови 75 процентов мышей с низким уровнем ракового бремени, в то время как без этой добавки она не была обнаружена. "Одним из самых серьезных препятствий для проведения жидкостной биопсии при раке была нехватка циркулирующей опухолевой ДНК в образце крови", - говорит Адальстейнссон. "Поэтому отрадно видеть масштабы эффекта, которого нам удалось достичь к настоящему времени, и представлять, какое влияние это может оказать на пациентов". После введения любого из праймеров уровень ДНК в крови повышается в течение часа или двух, а затем возвращается к норме примерно через 24 часа. "Способность этих агентов достигать пика активности в течение пары часов, после чего они быстро выводятся из организма, означает, что человек может прийти в кабинет врача, получить такой агент, а затем сдать кровь на анализ, и все это в течение одного визита", - говорит Лав. "Эта особенность предвещает возможность применения этой концепции в клинической практике".
Исследователи основали компанию Amplifyer Bio, которая планирует и дальше развивать технологию в надежде довести ее до клинических испытаний. "Пробирка с кровью - это гораздо более доступная диагностика, чем колоноскопия или даже маммография", - говорит Бхатия. "В конечном счете, если эти инструменты действительно предсказуемы, то мы сможем привлечь в систему гораздо больше пациентов, которые могут получить пользу от предотвращения рака или более эффективной терапии".
Исследование финансировалось за счет гранта поддержки Института Коха (основной) от Национального института рака, Марблского центра онкологической наномедицины, Фонда семьи Герстнер, Центра Людвига в Массачусетском технологическом институте, Программы пограничных исследований Института Коха через Фонд Кейси и семьи, а также проекта "Мост", партнерства Института Коха и Онкологического центра Дана-Фарбер/Гарвард.
Credits:Image: MIT News; iStock
Оригинальная статья: https://news.mit.edu/2024/researchers-improve-blood-tests-ability-detect-monitor-cancer-0118