液体生検では、腫瘍組織ではなく血液を使って癌を診断する
典型的には、組織生検を用いて腫瘍を検査する。 小さなサンプルが腫瘍から採取され、遺伝子型が決定され、または遺伝子構成について分析される。 このアプローチの問題は、生検腫瘍が困難なことである。 さらに、腫瘍生検は、腫瘍のスナップショットのみを提供する。
2015年にディスカバリー・メディスンに執筆されたLabgaaと共同研究者は、従来の腫瘍生検について以下のように述べています。
明らかな理由から、連続生検による腫瘍進展のモニタリングは困難である。 また、生検は腫瘍の単一スポットを映し出すだけであり、したがって、大きな腫瘍の体細胞突然変異の全スペクトルを示すことはまずありません。 選択肢は、同じ腫瘍に対して複数の生検を得ることですが、このオプションは現実的でも正確でもないようです。
液体生検は、がん患者から得られた血液サンプル中の循環DNA（ctDNA）および他の腫瘍副産物の測定を含む。 この新しい診断アプローチは、迅速で、非侵襲的で、費用対効果の高いものであることを約束します。
液体生検の歴史
1948年、フランスの研究者であるMandelとMétaisは、まず健常人の血液中のctDNAを同定しました。 この発見はその時代に先んじて行われたものであり、数十年後にctDNAがさらに研究されました。
1977年、Leonらはまず、がん患者の血液中のctDNA量の増加を確認しました。
1989年までに、Strounらは血液中の新生物（すなわち癌）の特徴を特定した。 これらの発見の後、いくつかの他のグループは、腫瘍サプレッサーおよび癌遺伝子、マイクロサテライト不安定性、およびDNAメチル化における特定の突然変異を同定し、ctDNAが腫瘍によって循環系に放出されることを証明した。
我々は、腫瘍細胞由来のctDNAが血液中を循環することを知っているが、このDNAの起源、放出速度および放出メカニズムは不明確であり、矛盾する結果をもたらす。 いくつかの研究は、より多くの悪性腫瘍がより多くの死んだ癌細胞を含み、より多くのctDNAを放出することを示唆している。 しかしながら、いくつかの研究は、全ての細胞がctDNAを放出することを示唆している。 それにもかかわらず、癌性腫瘍は血中へのctDNAレベルの増加をもたらし、ctDNAを癌の良好なバイオマーカーとするようである。
重度の断片化および血液中の低濃度のために、ctDNAは単離および分析することが困難である。 血清サンプルと血漿サンプルとの間にctDNA濃度の相違がある。 血漿ではなく血清がctDNAのより良い供給源であると思われます。 Umetaniらの研究では、ctDNA濃度は、検体調製中に凝固および他のタンパク質が除去されるため、精製中の循環DNAの損失の可能性があるため、血清と比較して血漿中で一貫して低いことが判明しました。
Heitzerらによると、ctDNAの診断可能性を利用するために解決しなければならないいくつかの特定の問題がここにあります：
まず、予備分析手順を標準化する必要があります。 十分な量の高品質DNAの抽出を確実にする単離法の選択が重要であり、血液サンプリングおよびプロセシングの前分析因子がDNA収量に強く影響し得ることが示されている。 第二に、最も重要な問題の1つは、定量化方法の調和の欠如である。 異なる定量法は、これらの測定が全DNAまたは増幅可能なDNAのみを標的とするため、異なる結果を生じる。 第3に、ctDNAの放出の起源および詳細な機構、ならびにほとんどの研究において、ctDNAの放出にも寄与する可能性のある事象を混乱させることについては、あまり知られていない。
ターゲット設定済みアプローチとターゲットなしアプローチ
現在、ctDNAの血漿（または血清）を分析する場合、主に2つのアプローチがあります。 第1のアプローチは、標的とされ、腫瘍を示す特定の遺伝的変化を探す。 第2のアプローチは、標的化されておらず、癌のctDNAを反映するゲノムワイド分析を含む。 あるいは、exomeシークエンシングは、より費用対効果に優れた非標的アプローチとして用いられてきた。 Exomesはタンパク質を作るために転写されるDNAの部分です。
標的化されたアプローチでは、小さなセットの運転者突然変異において既知の遺伝子変異について血清を分析する。
ドライバー突然変異は、癌細胞の成長を促進または「促進」するゲノム中の突然変異を指す。 これらの突然変異は、 KRASまたはEGFRを含む。
近年の技術の進歩により、少量のctDNAに対するゲノムの分析に対する標的化されたアプローチが実現可能になった。 これらの技術には、ARMS（増幅不応変異系）; デジタルPCR（dPCR）; ビーズ、エマルジョン、増幅、および磁気（BEAMing）; （CAPP-Seq）が含まれる。
標的アプローチを可能にする技術の進歩があったとしても、標的アプローチは、いくつかの位置の突然変異（ホットスポット）を標的とし、腫瘍抑制遺伝子などの多くのドライバー突然変異を欠いている。
液体生検に対する標的化されていないアプローチの主な利点は、試験が再発性の遺伝的変化に依存しないという事実のために、それらをすべての患者に使用できることである。 反復遺伝的変化はすべての癌をカバーするものではなく、特定の癌の特徴でもない。 それにもかかわらず、このアプローチは分析感度に欠け、腫瘍ゲノムの包括的な分析はまだ不可能である。
注目すべきは、ゲノム全体の配列決定の価格が大幅に低下したことである。 2006年に、全ゲノム配列決定の価格は約300,000ドル（USD）だった。 2017年までに、試薬やシーケンシングマシンの償却費を含めて、ゲノムあたり約1,000ドル（米ドル）まで低下しました。
液体生検の臨床的有用性
ctDNAを使用する初期の努力は、健康な患者の癌患者または良性疾患の患者と比較して、診断レベルおよび比較レベルであった。 これらの努力の結果は、癌、無病状態、または再発を示す有意な差異を示すいくつかの研究のみが混合された。
ctDNAが癌を診断するためにある時間しか使用できないのは、腫瘍から可変量のctDNAが誘導されるためです。 すべての腫瘍が同じ量のDNAを「放出」するわけではありません。 一般に、より進歩した広範な腫瘍は、早期に局所化された腫瘍よりも多くのDNAを循環系に放出する。 さらに、異なる腫瘍型は、異なる量のDNAを循環系に放出する。 腫瘍に由来する循環DNAの割合は、0.01％〜93％の範囲の研究および癌のタイプによって幅広く変化する。 一般に、少数のctDNAのみが腫瘍由来であり、残りは正常組織由来であることに留意することが重要である。
循環DNAは、疾患の予後マーカーとして使用することができる。 循環DNAは、経時的に癌の変化を監視するために使用することができる。 例えば、結腸直腸癌患者（結腸直腸癌の診断後少なくとも2年生存している患者数）とKRASホットスポット突然変異の2年生存率は、対応する循環DNA。 さらに、近い将来、循環DNAを用いて前癌病変をモニタリングすることも可能である。
循環DNAはまた、治療に対する応答をモニターするために使用され得る。 循環DNAは腫瘍の遺伝的構成のより良い全体像を提供するので、このDNAは診断DNAを含む可能性があり、これは腫瘍自体から得られる診断DNAの代わりに使用することができる。
さて、液体生検のいくつかの具体例を見てみましょう。
Guardant360
Guardant Healthは、次世代シークエンシングを用いて73の癌関連遺伝子の突然変異および染色体再構成の循環DNAをプロファイリングする試験を開発しました。 Guardant Healthは、腫瘍学における液体生検の有用性を報告した研究を発表しました。 この研究では、50,000種類の腫瘍を組み合わせた15,000人の患者の血液サンプルを使用しました。
ほとんどの場合、液体生検試験の結果は、腫瘍生検で観察された遺伝子変化と一致した。
NIHによると：
Guardant360は、 EGFR、BRAF、 KRAS 、およびPIK3CAのような重要な癌関連遺伝子における同じ重大な突然変異を、腫瘍生検試料において以前に同定された頻度と非常に類似した頻度で同定し、統計的に94％〜99％に相関した。
さらに、NIHによれば、研究者らは以下のことを報告した：
研究の第2の要素では、研究者らは、大部分が肺癌または結腸直腸癌を有する約400人の患者を評価し、血液ctDNAおよび腫瘍組織DNAの両方の結果が得られ、ゲノム変化のパターンを比較した。 腫瘍生検分析の結果と比較した液体生検の全体的な精度は87％であった。 血液と腫瘍のサンプルを6ヶ月以内に収集した場合、精度は98％に上昇しました。
Guardant360は、血液中の循環DNAのレベルが低いにもかかわらず、正確であった。 しばしば、循環腫瘍DNAは血液中のDNAの0.4％しか占めなかった。
全体として、液体生検を用いて、Guardant研究者は、患者の67％において医師による治療を指示することができる腫瘍マーカーを同定することができた。 これらの患者は、FDA承認の治療および治験的治療の資格があった。
ctDNAおよび肺癌
2016年、FDAは、肺がん患者の循環DNAにおけるEGFR変異の検出に使用されるコバスEGFR突然変異試験を承認した。 この試験は、FDAで承認された最初の液体生検であり、エルロチニブ（タルセバ）、アファチニブ（ゲロチリフ）、ゲフィチニブ（イレッサ）を第一選択薬として、またオシメリチニブ（タグリソ）をセカンドライン治療。 これらの標的療法は、特定のEGFR突然変異を有する癌細胞を攻撃する。
重要なことに、偽陰性の結果が多いため、FDAは、組織生検試料もまた、陰性液体生検を有する患者から採取することを推奨する。
ctDNAおよび肝臓癌
肝臓がんで死に至る人の数は過去20年間に増加しています。 現在、肝臓癌は世界で癌死亡の第2位の原因である。 肝臓または肝細胞（HCC）癌を検出および分析するのに利用可能な良好なバイオマーカーはない。 循環DNAは肝臓癌の良好なバイオマーカーとなりうる。
肝臓癌を診断するために循環DNAを使用する可能性について、Lagbaaおよび共同著者からの次の引用を検討してください。
RASSF1A、p15、およびp16の過剰メチル化は、50人のHCC患者を含む後ろ向き研究における早期診断ツールとして示唆されている。 4つの異常メチル化遺伝子（APC、GSTP1、RASSF1A、およびSFRP1）のシグナリングも診断精度について試験されたが、RASSF1Aのメチル化は予後バイオマーカーとして報告された。 その後の研究では、深部配列決定技術を用いてHCC患者のctDNAを分析した....驚くべきことに、血液収集時にHCCの既往のない2人のHBVキャリアで異常なDNAコピー数が検出された。 この発見は、早期HCC検出のためのスクリーニングツールとしてのctDNAのコピー数変動を評価するための扉を開いた。
からの言葉
液体生検は、ゲノム診断の刺激的な新しいアプローチです。 現在、包括的な分子プロファイリングを提供する特定の液体生検が、組織生検から得られた遺伝情報を補うために医師に利用可能である。 また、組織生検が利用できない場合には、組織生検の代わりに使用できる特定の液体生検がある。
多くの液体生検試験が現在進行中であり、この介入の治療上の有用性を洗い出すためには、より多くの研究を行う必要があることを覚えておくことが重要です。
>出典：
>腫瘍の遺伝的変化のための血液検査は、腫瘍生検の代替としての約束を示す。 NIH。
> Heitzer E、Ulz P、Geigl JB。 がんのための液体生検として循環腫瘍DNA。 臨床化学。 2015年; 61：112-123を参照のこと。 doi：10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J、Villanueva A.肝臓癌における液体生検。 発見薬。 2015; 19（105）：263-73。
>液体生検：血液中のDNAを使ってがんを検出、追跡、治療する NIH。
> Umetani N、et al。 血漿中よりも血清中の遊離循環DNAの量が多いのは、分離中に外来DNAが汚染されていることによるものではありません。 Ann NY Acad Sci。 2006; 1075：299-307。
> Wellstein A. CancerのPharmacotherapyの一般原則。 In：Brunton LL、Hilal-Dandan R、Knollmann BC。 eds。 グッドマン＆ギルマンズ：The Pharmacological Basis of Therapeutics、13e New York、NY：McGraw-Hill。