STM封面:测序方法TEC SEQ让癌症的血液检测又往前一步
2017/08/18
Johns Hopkins Kimmel癌症中心的科学家于8月16日在Science Translational Medicine上报道他们运用“靶向错误校正测序”的基因组测序方法开发了一个能测试血液中微量肿瘤特异性DNA的检测,已经用它来准确识别138人中超过一半患有相对早期的癌症。


为了实现无创的方法早期检测癌症,Johns Hopkins Kimmel癌症中心的科学家报道他们已经开发了一个能测试血液中微量肿瘤特异性DNA的检测,已经用它来准确识别138人中超过一半患有相对早期的结直肠癌、乳腺癌、肺癌和卵巢癌。科学家说,这项试验的创新之处是它能区分肿瘤脱落的DNA和其它被误认为是癌症生物标记的DNA。

该研究是在美国、丹麦和荷兰,对200人的血液和肿瘤组织样本进行的,包含了所有阶段的肿瘤。相关文章于8月16日发表在Science Translational Medicine上。

文章的通讯作者Victor Velculescu教授说“这项研究表明,想早期发现癌症,使用血液中DNA的变化是可行的,我们高精度的测序法是实现这一目标的有效途径。”

方法学上面的挑战

癌症的血液检测是临床肿瘤学的一个重要组成部分,但它们仍处于研究发展的早期阶段。为了在癌症患者血液中发现少量癌细胞来源的DNA,科学家们经常依赖患者肿瘤活检样本中DNA的改变,作为他们在患者血循环中大量DNA里发现遗传错误的路标。

为了开发一种可以用来在看似健康的人中筛查癌症的试验,科学家们必须找到新的方法来发现可能存在于人血液中的DNA改变。Velculescu教授说“我们面临的挑战是开发一个血液测试能预测可能不知道的,却存在于一个人肿瘤中的基因突变。”

排除非癌症引起的突变

第一作者Jillian Phallen补充说,目标是开发一个筛选试验,在具有癌症高度特异性和足够精确地检测肿瘤时,同时减少导致不必要的过度检查和过渡治疗风险的“假阳性”结果

Phallen说任务是复杂的,需要区分开真正的癌细胞突变和血细胞中部分正常发生的DNA遗传变异

Velculescu介绍在血细胞的分裂中,这些细胞会有可能获得错误突变。在一小部分血细胞中,这些变化会促使它们比邻近细胞繁殖得更快,可能导致白血病前状态。然而,大多数时候,血液衍生的突变不是癌症引发的。

他的团队还排除了所谓的“种系”突变。虽然胚系突变(通过卵子和/或精子传递的基因缺陷)确实是DNA的改变,但它们是个体间正常变异的结果,通常与特定的癌症无关。

新方法在血液中检出率62%

为了开发新的检测方法,Velculescu的研究小组从200例乳腺癌、肺癌、卵巢癌和结直肠癌的患者中获得血液标本。新开发的血液测试从中筛选出58种与多种癌症密切相关的基因突变,能够从138个I期和II期癌症患者中检测出86个(62%)。他们发现44名健康人血液样本中没有癌症突变。

研究人员指出尽管这些早期发现的结果很有前途,但是血液测试需要在更大数量的人身上进行验证。

Velculescu的团队也对200名癌症患者中的100例切除的肿瘤进行单独的基因组测序,在肿瘤中发现82例(82%)与血液中发现的遗传变异相关的基因突变。

采样TEC SEQ的测序方法

新开发的血液检测采用了一种称之为“靶向错误校正测序” (TEC SEQ)的基因组测序方法,允许在使用大规模并行测序对循环DNA序列变化分析时进行超灵敏的直接评价。Velculescu教授说:“该测序方法基于深度测序,读取DNA中的每一个化学密码30000次。我们试图大海捞针,所以当我们发现DNA改变的时候,我们要确保它是我们认为的那样。”

这样的深度测序,覆盖超过80000个碱基对的DNA,已经是非常昂贵的了。但Velculescu认为测序技术变得越来越便宜,他的研究团队最终能够降低他们需要筛查的DNA数量的同时保持测试的准确性。

他指出那些,那些大多数癌症高风险的人群包括吸烟者(CT扫描识别肺癌常导致误报)和带有BRCA1和BRCA2基因的女性乳腺癌和卵巢癌遗传突变的人,可能受益于这种基于DNA的血液测试。

参照资料

Direct detection of early-stage cancers using circulating tumor DNA

Scientists develop blood test that spots tumor-derived DNA in people with early-stage cancers
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  • Direct detection of early-stage cancers using circulating tumor DNA

    Early detection and intervention are likely to be the most effective means for reducing morbidity and mortality of human cancer. However, development of methods for noninvasive detection of early-stage tumors has remained a challenge. We have developed an approach called targeted error correction sequencing (TEC-Seq) that allows ultrasensitive direct evaluation of sequence changes in circulating cell-free DNA using massively parallel sequencing. We have used this approach to examine 58 cancer-related genes encompassing 81 kb. Analysis of plasma from 44 healthy individuals identified genomic changes related to clonal hematopoiesis in 16% of asymptomatic individuals but no alterations in driver genes related to solid cancers. Evaluation of 200 patients with colorectal, breast, lung, or ovarian cancer detected somatic mutations in the plasma of 71, 59, 59, and 68%, respectively, of patients with stage I or II disease. Analyses of mutations in the circulation revealed high concordance with alterations in the tumors of these patients. In patients with resectable colorectal cancers, higher amounts of preoperative circulating tumor DNA were associated with disease recurrence and decreased overall survival. These analyses provide a broadly applicable approach for noninvasive detection of early-stage tumors that may be useful for screening and management of patients with cancer.

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