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Nature重大突破!开发基于DNA包装的新型血检可检测多种癌症!

来源:本站原创 2019-06-04 07:29

2019年6月4日讯 /生物谷BIOON /——约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心的研究人员开发了一种简单的新型血液检测方法,通过发现癌细胞脱落的DNA碎片在血液中循环的独特模式,可以检测七种不同类型癌症的存在。

在这项概念验证研究种,这种称为DELFI (DNA evaluation of fragments for early interception)的测试准确地检测出了57%到超过99%的患者的血液样中癌症DNA的存在,包括美国、丹麦和荷兰208名不同阶段的乳腺癌、大肠癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、胃或胆管癌患者。

DELFI在215名健康人的血液样本测试中也表现良好,只有4例被误诊为癌症。该测试使用机器学习来识别癌症患者血液中DNA片段的异常模式。研究人员说,通过研究这些模式,他们可以在多达75%的病例中确定癌症组织的起源。这项研究的报告于近日发表在《Nature》杂志上。

图片来源:Nature

约翰霍普金斯Kimmel癌症中心(Johns Hopkins Kimmel Cancer Center)肿瘤学教授、癌症生物学项目联合主任、该研究通讯作者Victor E. Velculescu博士表示,癌症检测的血液检测,或所谓的"液体活组织检查",通常是寻找突变,即癌细胞内DNA序列的变化,或寻找甲基化,即DNA中添加一个甲基的化学反应。但并不是所有的癌症患者都有可以用这些方法检测到的变化,因此癌症早期检测方法还有很大的需要改进的空间。

他说,DELFI采用了一种不同的方法,通过观察血液中来自基因组不同区域的DNA的大小和数量,来研究DNA在细胞核内的包装方式,以寻找这种包装的线索。

Alessandro Leal博士是这项研究的主要作者之一,也是约翰霍普金斯大学医学院(Johns Hopkins University School of Medicine)的博士生。他解释说,健康细胞的细胞核将DNA包裹起来,就像一个组织良好的手提箱,基因组的不同区域被小心地放在不同的隔间里。相比之下,癌细胞的细胞核更像是杂乱无章的手提箱,基因组里的东西随意地扔进来。

"出于各种原因,癌症基因组在包装方式上是无序的,这意味着当癌细胞死亡时,它们会以混乱的方式将DNA释放到血液中,"该研究的主要作者、约翰霍普金斯Kimmel癌症中心(Johns Hopkins Kimmel cancer Center)博士后Jillian Phallen博士说。"通过检测这种无细胞DNA (cfDNA),DELFI可以通过检测基因组不同区域DNA的大小和数量的异常来帮助识别癌症的存在,这是基于DNA的包装方式。"

研究人员警告说,这项测试的潜力必须在更多的研究中得到进一步验证,但如果得到了进一步验证,那么它就可以用于筛查癌症,方法是从一个人身上抽取一管血液,提取cfDNA,研究其基因序列,并确定cfDNA的片段结构。然后可以将来自个体的全基因组片段模式与参考人群进行比较,以确定该模式是健康的还是源自癌症。

这项研究的资深作者、肿瘤学副教授Robert B. Scharpf博士表示因为全基因组分化模式可能揭示与特定的组织相关联的差异,当这些模式源自癌症时也可以表明癌症的来源,比如乳腺癌、结肠癌和肺癌。DELFI同时分析基因组中数百到数千个区域的数以百万计的序列,从微小的cfDNA数量中识别肿瘤特异性异常。

使用DELFI,研究人员发现癌症患者和健康个体的全基因组cfDNA片段谱不同。研究的主要作者Stephen Cristiano表示癌症患者cfDNA的分裂模式似乎源于血液和肿瘤细胞释放的DNA混合物,并显示多个不同的基因组差异片段大小在不同地区的增加和减少。

在目前的研究中,约翰霍普金斯大学的研究人员与来自美国一些机构的同事进行了合作对208例癌症患者的cfDNA进行低覆盖全基因组测序,其中乳腺癌54例,结直肠癌27例,肺癌12例,卵巢癌28例,胰腺癌34例,胃癌27例,胆管癌26例。他们还进行了全基因组测序,分析了215名健康个体的cfDNA。

所有癌症患者的样本都是在没有进行任何治疗前获得的,其中大部分样本(183)来自那些可以通过手术切除肿瘤来治疗疾病的人。

总的来说,研究人员表示健康的个体有相似的碎片特征,而癌症患者有更多的可变碎片特征,不太可能匹配健康的特征。

DELFI在73%的癌症患者中检测出癌症,而对215名健康个体中的4名进行了错误分类(98%的特异性)。该检测还发现,在确定cfDNA的组织来源方面,准确率为61%-75%。将DELFI和基于突变的cfDNA分析相结合,研究人员可以准确检测91%的癌症患者。Velculescu, Leal, Phallen, Scharpf, Cristiano和他们的同事们正在扩大他们的分析范围,研究DELFI在数千个样本中的表现。Velculescu说:"我们对DELFI的潜力感到鼓舞,因为它研究了一组完全独立的无细胞DNA特征,而这些特征多年来一直给患者带来困难。我们期待着与世界各地的合作者合作,使这项测试对患者可用。"

由于该测试易于管理,并使用简单和廉价的实验室方法,Velculescu预计,该测试最终可能比其他癌症筛查测试,包括当前的其他cfDNA测试,更具成本效益。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Victor E. Velculescu et al. Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1272-6
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