临床应用

液体活检“冰火两重天”

字号+ 作者:基因谷 来源:未知 2019-04-25 14:31 我要评论( )

只需要一管血,就可以将乳腺癌一期筛查准确率提高到95%,准确率甚至超过了乳腺癌X光检查。这项由海德堡大

只需要一管血,就可以将乳腺癌一期筛查准确率提高到95%,准确率甚至超过了乳腺癌X光检查。这项由海德堡大学医学院发布的血液检测HeiScreen技术,在引起业界轰动的同时,也爆出了一段中国学者在德国遭遇学术侵权的复杂故事。

 

液体活检“冰火两重天”

 

 

 

4月3日,《中国科学报》刊登题为《杨蓉西:我的成果为何归属他人》的报道,将事件的主角杨蓉西推向舆论高峰,受众在关注中国科学家的功劳为何被抹杀的同时,也在好奇,到底是什么样的成果可以让科学家为之疯狂、投资方为之着迷?

HeiScreen自称是第一个适用于乳腺癌的液体活检技术,通过检测15种不同的血液生物标志物,从而对受试者的乳腺癌患病情况进行分析。这种癌症早筛技术,因成本低、操作简单并且高度可靠和精确,也让科学家和投资方嗅到了它的临床价值。

正如《自然》杂志之前的一篇社论中说道:“早期筛查可以挽救所有类型的癌症”,这是一个不会死的科学神话。而用于癌症早筛的液体活检技术不仅代表了当前生物医学领域的科技最前沿,也标志着人类在攻克肿瘤的道路上又前进了一大步。

但是,癌症的发生是一种极为复杂的、异质性变化的、动态发展的过程,大部分恶性肿瘤都是在中晚期才被发现,因此,想要从血液中捕获到早期癌症的蛛丝马迹,就如同在浩瀚的宇宙中探测到来自外太空的微弱信号一样困难。

该捕捉哪些信号?

对于癌症的检测,大多数人首先想到的便是“穿刺”,即将患者的肿瘤组织取出,通过测序或PCR技术发现肿瘤基因水平的变化。但是,这种传统的组织活检技术弊端日渐暴露。

“比如,组织活检只能反映高异质性恶性肿瘤的局部组织,晚期恶性肿瘤患者的检测组织不宜获取,且不适合反复取材及易产生并发症等。”南京大学生命科学学院教授朱海亮说。

山东省肿瘤医院教授王哲海也表示,目前组织检测还是确定肿瘤的金标准,但其准确率也不是百分之百,因为肿瘤具有异质性,不同时期的肿瘤,基因也是不同的。此外还有一部分患者由于肿瘤较小,不能进行穿刺,因而不能获取组织标本。

此时,一种非侵入式的血液测试——液体活检的优势开始显现。液体活检是指通过捕捉痰液、血液、尿液等体液中的癌症信号,实现肿瘤检测的突破性技术。

“液体活检常用的标本就是血液,通过血液中存在游离的癌细胞提取DNA,能够很好地反映肿瘤的异质性。在患者长时间的治疗过程中,我们还可以通过液体活检对其进行动态监测,对于药物的疗效判定,对复发转移的预判具有非常好的作用。”王哲海说。

朱海亮向《中国科学报》介绍,目前,液体活检主要有四种肿瘤来源的生物标志物,分别是循环肿瘤细胞(CTCs)、循环肿瘤DNA(ctDNA)、外泌体和循环RNA。

CTCs为实体瘤或转移灶脱落进入外周血的肿瘤细胞,经历了上皮间质转化的循环,具有出色的流动性和侵袭性,易于黏附于血管壁并穿越,进而导致癌细胞的转移和扩散,侧重于细胞病理,适用于病情监测、判断预后。

ctDNA是由肿瘤细胞释放到血浆中的游离DNA,能够紧跟人体血液循环系统的DNA片段,侧重基因层面,适用于早期诊断、耐药检测等。如果肿瘤细胞携带某种基因突变或表观遗传学变化如甲基化,这些也能在ctDNA中反映出来。

外泌体是直径在30~100纳米范围内的微小胞外囊泡,不但可以协助肿瘤细胞逃离人体免疫系统的监视,为肿瘤细胞的转移扩散指引方向,还能够为肿瘤细胞提供生长环境。

尤其随着ctDNA检测新技术的不断发展,基于ctDNA的液体活检技术让肿瘤患者的全程管理成为可能。之前彭博社报道的一种可在肿瘤萌芽阶段便能揪出肿瘤信号的IvyGene无创ctDNA甲基化液体活检技术,就是一项突破了痕量ctDNA用于肿瘤检测瓶颈的国际领先技术,通过捕获这些微量ctDNA中的甲基化位点改变,即可精确检测到肝癌、乳腺癌、结直肠癌、肺癌等高发癌症的早期信号,

莱盟君泰CEO顾桂国对《中国科学报》表示,肿瘤初期会发生肿瘤抑制基因甲基化水平升高或原癌基因甲基化降低的现象。因此,甲基化模式的改变被认为是最先能检测到的与肿瘤发生密切相关的恶化指标。相较于传统检测和以ctDNA突变技术为主的中晚期肿瘤伴随诊断,无创ctDNA甲基化液体活检技术能够更早、更精准地发现肿瘤的存在。

检测结果为何“阴阳”不定?

目前,液体活检研究的适应证已经涉及肝癌、胃癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌、食道癌等。但是,对于液体活检的准确性,仍然遭到公众质疑。检测结果出现假阳性或假阴性、不同平台的检测结果不同,这些现象就已经不止一次地见诸报端。

“目前市场上的主流液态活检都集中在ctDNA领域,对于绝大部分患者而言,血液ctDNA检测结果和组织活检结果一致,但仍然有相当一部分患者会出现假阴性或假阳性,一般出现假阴性的患者相对较多。”一位北京三甲医院不愿意透露姓名的医生告诉《中国科学报》,假阳性检测结果易造成误诊,而假阴性结果又导致漏诊,“ctDNA不能检测出肿瘤的突变,但组织活检却能发现相应的突变,如果这群患者没有进行组织活检的验证,则可能错过靶向疗法”。

莱盟君泰CTO郑良宏则认为,如果血液中的ctDNA数量不足,液体活检也不一定能捕捉到这些基因突变或甲基化变化的信号,结果就可能出现假阴性。

另外,样本的实验处理和高通量测序带来的错误对数据产生影响,也是导致检测结果出现误差的原因之一。朱海亮分析,不同公司采取的肿瘤标志物和检测方法可能不同,有的应用CTC作为标志物,而CTC捕获难度较高,异质性很强,不同的分离技术捕获到的CTC差异较大,获得的生物学信息即有偏差;有的采取外泌体作为标志物,其容易富集不易降解,并且技术并不成熟。在采样和分析过程中,过长的流程和过滤也都会导致数据结果产生偏差。

可以说,从技术层面来讲,“如何降噪”是捕获血液中微弱癌症信号的挑战之一。另外,如何达到癌症早筛所能接收的灵敏度和特异性,也是液体活检所要攻克的主要难题。

提高液体活检的准确性,分析技术的进步起到关键作用。朱海亮提出未来值得关注的五大分析技术:定量聚合酶链式反应,被认为是DNA定量的标准方法;数字聚合酶链式反应(dPCR),是目前最成熟但尚未获得美国食品和药物管理局批准的检测ctDNA的一项专利技术;BEAMing技术,是在dPCR方法的基础上混合进流式磁珠,将不同类别的磁珠分布在对应的DNA细胞中,然后用流式细胞仪检测标记以达到计算ctDNA的目的;表面增强拉曼光谱,是一种通过激光照射金属纳米颗粒产生表面增强,导致被检测对象的拉曼信号明显增强,最终计算ctDNA数值大小的方法;下一代测序即高通量测序,对于肿瘤的发现和理解有突破性的进展。

进入临床为何这么难?

虽然有大量的证据表明液体活检在肿瘤领域的强大力量,但其进入临床仍困难重重。

对于利用CTCs和ctDNA来进行早期检测,面临的一个共同挑战就是两者的数量和浓度较低。在最初的时候,从事晚期癌症研究的人员发现ctDNA的含量比CTCs多,但对于早期癌症,CTCs和ctDNA面临同样的问题——浓度常常低于检测极限。

这也意味着无法利用这项技术来检测所有类型的癌症,因为一些肿瘤细胞释放更多的DNA到血液中,但有些肿瘤释放到血液中的DNA或细胞实在太少。例如,由于血脑屏障,胶质母细胞瘤释放到外周血中的ctDNA低于可检测水平。

除此之外,朱海亮还表示,阻碍液体活检进入临床的因素还有检测成本依然很高,在疾病发展过程的监测实时性也有待提高。在临床采集方面,保存和分析样本的技术也需要进一步标准化。

值得注意的是,目前不同研究实验室使用的方法各异,研究结果具有不可比性,缺乏检测标准也被认为是液体活检研究成果转化为临床应用面临的关键障碍。

“不同类型的肿瘤检测的最低丰度暂时没有系统性的研究,临床采集、保存和分析样本的技术也需要进一步标准化。”朱海亮表示,由于液体活检技术目前大部分仍停留在科研阶段,而且其本身就是一个精准化的治疗,针对不同的癌症,进行各个阶段的检测,其分析方法也出现了不同的模式,需要非常庞大的临床样本库来统一这个标准。“一旦液体活检结果为阳性,建议根据多方综合指标进行及时诊断和治疗。”

虽然面临诸多障碍,但朱海亮对液体活检的前景仍十分看好。他表示,未来,液体活检技术必将推动癌症靶向治疗的发展,实现从静态向动态、从定性向定量、从独立单基因向多基因联合检测的转变,有极大的潜力成为临床检测大军的主力,在实现肿瘤的早期筛查诊断、分期分级、疗效与预后评价、肿瘤异质性与抗药性检测等方面发挥价值。

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