Nova tehnologija testiranja krvi koju su razvili istraživači u Johns Hopkins Kimmel centru za rak i koja kombinuje sekvenciranje u celom genomu pojedinačnih molekula DNK izlučenih iz tumora i mašinsko učenje može omogućiti ranije otkrivanje raka pluća i drugih karcinoma.
Test, nazvan GEMINI (Genome-vide Mutational Incidence za neinvazivno otkrivanje raka), traži promene u DNK u celom genomu. Prvo, uzima se uzorak krvi od osobe sa rizikom od razvoja raka. Zatim se DNK bez ćelija (cfDNK) koju izlučuju tumori ekstrahuje iz plazme i sekvencira korišćenjem isplativog sekvenciranja celog genoma.
Pojedinačni molekuli DNK se analiziraju na promene sekvence i koriste se za dobijanje profila mutacija u genomu. Konačno, model mašinskog učenja obučen da identifikuje promene u učestalosti mutacija raka i ne-kanceroznih mutacija u različitim regionima genoma koristi se za razlikovanje ljudi koji imaju rak od onih koji nemaju rak. Klasifikator generiše ocenu u rasponu od 0 do 1, pri čemu viši rezultat odražava veću verovatnoću obolevanja od raka.
U seriji laboratorijskih testova GEMINI-ja, istraživači su otkrili da je pristup, praćen kompjuterizovanom tomografijom, otkrio preko 90% karcinoma pluća, uključujući i pacijente sa stadijumom I i II bolesti. Opis rada, studija dokaza o konceptu, objavljena na mreži 27. jula u časopisu Nature Genetics.
„Ova studija po prvi put pokazuje da se test kao što je GEMINI, koji uključuje profile mutacije na nivou genoma iz pojedinačnih molekula cfDNK, u kombinaciji sa drugim pristupima otkrivanju raka, može koristiti za rano otkrivanje raka, kao i za praćenje pacijenata tokom terapija“, kaže stariji autor studije Viktor Velkulesku, doktor medicine, profesor onkologije i ko-direktor programa genetike i epigenetike raka u Centru za rak Kimel.
Studija se uglavnom fokusirala na otkrivanje raka pluća u visokorizičnim populacijama, kaže Daniel Bruhm, vodeći autor studije i diplomirani student u programu ljudske genetike na Medicinskom fakultetu Univerziteta Džons Hopkins. „Međutim, otkrili smo izmenjene mutacione profile u cfDNK kod pacijenata sa drugim vrstama raka, uključujući rak jetre, melanom ili limfom, što sugeriše da se može koristiti šire“, kaže Bruhm.
Da bi razvili GEMINI, istraživači su ispitali sekvence celog genoma karcinoma kod 2.511 ljudi u 25 različitih karcinoma iz studije Pan-Cancer Analisis of Vhole Genomes, identifikujući različite frekvencije mutacija u genomu u različitim tipovima tumora. Na primer, otkriveno je da karcinom pluća ima u proseku 52.209 somatskih mutacija po genomu.
Istraživači su takođe identifikovali genomske regione sa najvećim brojem mutacija, otkrivši da su regioni genoma sa visokom učestalošću mutacija slični između tumorskog tkiva i cfDNK dobijene iz krvi pacijenata sa rakom pluća, melanomom ili B ćelijskim ne-Hodgkinovim limfomom.
Istraživači su procenili GEMINI-jevu sposobnost da otkrije promene sekvence u cfDNK od 365 ljudi u Longitudinalnoj studiji starenja urbane kohorte (LUCAS), kohorti ljudi sa visokim rizikom od raka pluća.
Rezultati GEMINI su bili viši kod ljudi sa rakom nego kod onih bez raka. Istraživači su takođe procenili da li se GEMINI može kombinovati sa DELFI (procena DNK fragmenata za rano presretanje) – prethodno razvijenim testom koji otkriva promene u veličini i distribuciji cfDNK fragmenata u genomu – da bi se poboljšalo otkrivanje raka pluća u ranoj fazi.
Nekoliko uzoraka raka koje je GEMINI propustio otkriveno je kombinovanom tehnikom. U 89 uzoraka pacijenata iz LUCAS kohorte koji su imali rak pluća, GEMINI u kombinaciji sa DELFI je tačno otkrio rak u 91% vremena. Slični rezultati su dobijeni u posebnoj kohorti validacije od 57 ljudi koji su uglavnom imali rak pluća u ranoj fazi.
Istraživači su takođe proučavali upotrebu GEMINI-a u drugim uzorcima studije, uključujući sedam pacijenata koji nisu imali tumore koji se mogu otkriti u vreme uzimanja krvi. Imali su srednji skor GEMINI od 0,78, što je više od ljudi bez raka. Šest je pozitivno testirano korišćenjem GEMINI-a i kasnije im je dijagnostikovan rak pluća od 231 do 1.868 dana nakon što su uzorci dobijeni, što sugeriše da se abnormalnosti u profilima mutacije cfDNK mogu otkriti godinama pre standardne dijagnoze.
Dodatni eksperimenti su utvrdili da GEMINI mogu razlikovati podtipove karcinoma pluća i mogu otkriti rani karcinom jetre. U grupi pacijenata koji su primali terapiju lekovima za rak pluća, GEMINI rezultati su se smanjili tokom početnog odgovora na terapiju, što sugeriše da bi se testiranje moglo koristiti za praćenje pacijenata tokom terapije.
Zajedno, rezultati pokazuju da kombinacija analiza GEMINI mutacija na nivou genoma i analize DELFI fragmentacije cfDNK „može pružiti priliku za isplativo, skalabilno otkrivanje karcinoma“, kaže Rob Šarpf, dr, vanredni profesor onkologije u Centru za rak Kimmel. Potrebna su veća klinička ispitivanja da bi se alat potvrdio pre nego što postane dostupan za kliničku upotrebu, kaže on.
