Biopsias líquidas para diagnosticar cáncer

Típicamente, los tumores se examinan utilizando biopsias de tejido. Se extrae una pequeña muestra del tumor y se le realiza un genotipo, o se analiza para determinar su composición genética. El problema con este enfoque es que la biopsia de tumores puede ser un desafío. Además, una biopsia de tumor proporciona solo una instantánea del tumor.

Escribiendo en Discovery Medicine en 2015, Labgaa y sus coautores afirman lo siguiente sobre la biopsia de tumor convencional :

“Por razones obvias, es difícil monitorear la evolución del tumor mediante biopsias secuenciales. Además, la biopsia solo refleja un punto del tumor y, por lo tanto, es poco probable que represente todo el espectro de mutaciones somáticas en tumores grandes. biopsias para el mismo tumor, pero esta opción no parece ni realista ni precisa “.

La biopsia líquida implica la medición del ADN circulante (ctDNA) y otros subproductos tumorales en muestras de sangre obtenidas de pacientes con cáncer. Este enfoque de diagnóstico emergente promete ser rápido, no invasivo y rentable.

Historia de la biopsia líquida

En 1948, Mandel y Métais, un par de investigadores franceses identificaron por primera vez el ctDNA en la sangre de personas sanas. Este descubrimiento se adelantó a su tiempo y no fue hasta décadas más tarde que se exploró más el ctDNA.

En 1977, Leon y sus colegas identificaron por primera vez mayores cantidades de ctDNA en la sangre de los pacientes con cáncer. En 1989, Stroun y sus colegas identificaron características neoplásicas (es decir, cáncer) en la sangre. Después de estos descubrimientos, varios otros grupos identificaron mutaciones específicas en supresores de tumores y oncogenes, inestabilidad de microsatélites y metilación del ADN, lo que demostró que los ADNt liberan ctDNA en la circulación.

Aunque sabemos que el ctDNA derivado de las células tumorales circula en la sangre, el origen, la velocidad de liberación y el mecanismo de liberación de este ADN no están claros, y la investigación arroja resultados contradictorios. Algunas investigaciones sugieren que los tumores más malignos contienen más células cancerosas muertas y liberan más ctDNA. Sin embargo, algunas investigaciones sugieren que todas las células liberan ctDNA. Sin embargo, parece probable que los tumores cancerosos liberen niveles elevados de ctDNA en la sangre, lo que hace que el ctDNA sea un buen biomarcador del cáncer.

Debido a la gran fragmentación y las bajas concentraciones en la sangre, el ctDNA es difícil de aislar y analizar. Existe una discrepancia en las concentraciones de ctDNA entre las muestras de suero y plasma. Parece que el suero sanguíneo en lugar del plasma sanguíneo es una mejor fuente de ctDNA. En un estudio realizado por Umetani y colegas, se encontró que las concentraciones de ctDNA eran consistentemente bajas en el plasma en comparación con el suero debido a la posible pérdida de ADN circulante durante la purificación, ya que la coagulación y otras proteínas se eliminan durante la preparación de la muestra.

De acuerdo con Heitzer y sus colegas, aquí hay algunos problemas específicos que deben resolverse para aprovechar el potencial de diagnóstico del ctDNA:

“Primero, los procedimientos preanalíticos deben estandarizarse … La selección de un método de aislamiento que garantice la extracción de una cantidad suficiente de ADN de alta calidad es fundamental y se ha demostrado que los factores preanalíticos del muestreo y procesamiento de la sangre pueden afectar considerablemente el rendimiento del ADN … En segundo lugar, uno de los problemas más importantes es la falta de armonización de los métodos de cuantificación. Los diferentes métodos de cuantificación … producen resultados diferentes porque estas mediciones se dirigen al ADN total o solo amplificable … En tercer lugar, se sabe menos sobre el origen y la información detallada. mecanismo de la liberación de ctDNA, y en la mayoría de los estudios, los eventos de confusión que también podrían contribuir a la liberación de ctDNA “.

Enfoques dirigidos vs. no dirigidos

Actualmente, existen dos enfoques principales que se toman cuando se analiza el plasma sanguíneo (o suero) para el ctDNA. El primer enfoque está dirigido y busca cambios genéticos específicos indicativos de tumores. El segundo enfoque no está dirigido e implica un análisis de todo el genoma en busca de ADNc que refleje el cáncer. Alternativamente, la secuenciación del exoma se ha utilizado como un enfoque no dirigido más rentable. Los exomas son las porciones de ADN que se transcriben para producir proteínas.

Con enfoques específicos, el suero se analiza para detectar mutaciones genéticas conocidas en un pequeño conjunto de mutaciones conductoras. Las mutaciones de los conductores se refieren a las mutaciones en el genoma que promueven o “impulsan” el crecimiento de las células cancerosas. Estas mutaciones incluyen KRAS o EGFR .

Debido a los avances tecnológicos de los últimos años, se han hecho posibles enfoques específicos para el análisis del genoma de pequeñas cantidades de ctDNA. Estas tecnologías incluyen ARMS (sistema de mutación refractaria de amplificación); PCR digital (dPCR); perlas, emulsiones, amplificación y magnética (BEAMing); y secuenciación profunda (CAPP-Seq).

A pesar de que ha habido avances en la tecnología que hacen posible el enfoque dirigido, el enfoque dirigido solo se enfoca en algunas posiciones de mutaciones (hotspots) y omite muchas mutaciones impulsoras como los genes supresores de tumores.

El principal beneficio de los enfoques no dirigidos a la biopsia líquida es que pueden usarse en todos los pacientes debido a que la prueba no se basa en cambios genéticos recurrentes. Los cambios genéticos recurrentes no cubren todos los cánceres y no son firmas de cáncer específicas. Sin embargo, este enfoque carece de sensibilidad analítica y aún no es posible realizar un análisis exhaustivo de los genomas tumorales.

Es de destacar que el precio de la secuenciación de un genoma completo se ha reducido sustancialmente. En 2006, el precio de la secuenciación del genoma completo fue de aproximadamente $ 300,000 (USD). Para 2017, el costo se había reducido a aproximadamente $ 1,000 (USD) por genoma, incluidos los reactivos y la amortización de las máquinas secuenciadoras.

Utilidad clínica de la biopsia líquida

Los esfuerzos iniciales para usar el ADNct fueron diagnósticos y compararon los niveles en pacientes sanos con pacientes de cáncer o con enfermedad benigna. Los resultados de estos esfuerzos fueron mixtos, con solo algunos estudios que mostraron diferencias significativas que indicaban cáncer, estado libre de enfermedad o recaída.

La razón por la cual el ctDNA se puede usar solo parte del tiempo para diagnosticar el cáncer es porque las cantidades variables de ctDNA se derivan de los tumores. No todos los tumores “desprenden” ADN en la misma cantidad. En general, los tumores más avanzados y extendidos arrojan más ADN a la circulación que los tumores tempranos y localizados. Además, diferentes tipos de tumores arrojan diferentes cantidades de ADN a la circulación. La fracción de ADN circulante que se deriva de un tumor es muy variable entre los estudios y los tipos de cáncer, que van desde el 0,01% hasta el 93%. Es importante tener en cuenta que, en general, solo una minoría de ctDNA se deriva del tumor, y el resto proviene de tejidos normales.

El ADN circulante podría usarse como marcador pronóstico de la enfermedad. El ADN circulante podría usarse para monitorear los cambios en el cáncer a lo largo del tiempo. Por ejemplo, un estudio mostró que la tasa de supervivencia a los dos años en pacientes con cáncer colorrectal (es decir, el número de pacientes que todavía están vivos al menos dos años después del diagnóstico de cáncer colorrectal) y las mutaciones de punto de acceso KRASfue del 100 por ciento en aquellos sin evidencia de ADN circulante correspondiente. Además, es posible que en un futuro cercano, el ADN circulante se pueda utilizar para controlar las lesiones precancerosas.

El ADN circulante también podría usarse para monitorear la respuesta a la terapia. Debido a que el ADN circulante ofrece una mejor imagen general de la composición genética de los tumores, este ADN probablemente contiene ADN de diagnóstico, que puede usarse en lugar del ADN de diagnóstico obtenido a partir de los mismos tumores.

Ahora, echemos un vistazo a algunos ejemplos específicos de biopsia líquida.

Guardant360

Guardant Health desarrolló una prueba que utiliza la secuenciación de la próxima generación para perfilar el ADN circulante en busca de mutaciones y reordenamientos cromosómicos para 73 genes relacionados con el cáncer. Guardant Health publicó un estudio que informa sobre la utilidad de la biopsia líquida en oncología. El estudio utilizó muestras de sangre de 15,000 pacientes con 50 tipos de tumores combinados.

En su mayor parte, los resultados de la prueba de biopsia líquida se alinearon con las alteraciones genéticas observadas en las biopsias de tumores.

Según los NIH:

” Guardant360 identificó las mismas mutaciones críticos en importantes genes relacionados con el cáncer como EGFR, BRAF, KRAS , y PIK3CA a frecuencias muy similares a lo que previamente había sido identificado en muestras de biopsia de tumor, estadísticamente la correlación a 94% a 99%.”

Además, según los NIH, los investigadores informaron lo siguiente:

“En un segundo componente del estudio, los investigadores evaluaron a casi 400 pacientes, la mayoría de los cuales tenían cáncer de pulmón o colorrectal, que tenían resultados de ADNct de ADN y tejido tumoral disponibles y compararon los patrones de cambios genómicos. La precisión general del líquido. “La biopsia en comparación con los resultados de los análisis de biopsias de tumores fue del 87%. La precisión aumentó al 98% cuando las muestras de sangre y tumores se recolectaron dentro de los 6 meses de diferencia”.

Guardant360 fue preciso a pesar de que los niveles de ADN circulante en la sangre eran bajos. A menudo, el ADN tumoral circulante solo constituía el 0,4 por ciento del ADN en la sangre.

En general, utilizando una biopsia líquida, los investigadores de Guardant pudieron identificar marcadores tumorales que podrían dirigir el tratamiento médico en el 67 por ciento de los pacientes. Estos pacientes eran elegibles para los tratamientos aprobados por la FDA, así como para las terapias de investigación.

ADNct y cáncer de pulmón

En 2016, la FDA aprobó la  prueba de mutación EGFR de cobas  para la detección de  mutaciones de  EGFR en el ADN circulante de pacientes con cáncer de pulmón. Esta prueba fue la primera biopsia líquida aprobada por la FDA e identificó pacientes que pueden ser candidatos para el tratamiento con terapias dirigidas que utilizan erlotinib (Tarceva), afatinib (Gilotrif) y gefitinib (Iressa) como tratamiento de primera línea, y osimeritinib (Tagrisso) como Tratamiento de segunda línea. Estas terapias dirigidas atacan las células cancerosas con mutaciones específicas de EGFR .

Es importante destacar que, debido al alto número de resultados falsos negativos, la FDA recomienda que también se tome una muestra de biopsia de tejido de un paciente que tenga una biopsia líquida negativa.

ADNct y cáncer de hígado

El número de personas que mueren de cáncer de hígado ha aumentado en los últimos 20 años. Actualmente, el cáncer de hígado es la segunda causa de muerte por cáncer en el mundo. No hay buenos biomarcadores disponibles para detectar y analizar el cáncer hepático o hepatocelular (CHC). El ADN circulante podría ser un buen biomarcador para el cáncer de hígado.

Considere la siguiente cita de Lagbaa y coautores sobre el potencial del uso del ADN circulante para diagnosticar el cáncer de hígado:

“La hipermetilación de RASSF1A, p15 y p16 se han sugerido como herramientas de diagnóstico temprano en un estudio retrospectivo que incluye a 50 pacientes con CHC. También se probó una firma de cuatro genes aberrantemente metilados (APC, GSTP1, RASSF1A y SFRP1), mientras que La metilación de RASSF1A se informó como un biomarcador pronóstico. Los estudios posteriores analizaron el ctDNA en pacientes con CHC usando tecnologías de secuenciación profunda … Sorprendentemente, se detectaron números aberrantes de copias de ADN en dos portadores de VHB sin historia previa de CHC en el momento de la extracción de sangre, pero quien desarrolló CHC durante el seguimiento. Este hallazgo abrió la puerta para evaluar la variación del número de copias en el ADNct como una herramienta de detección para la detección temprana de CHC “.