Wczesne wykrywanie chorób, zwłaszcza nowotworów, pozostaje jednym z najważniejszych wyzwań współczesnej medycyny. Im wcześniej zostanie zdiagnozowana choroba nowotworowa, tym większe są szanse na skuteczne leczenie i przeżycie pacjenta. Z tego powodu naukowcy na całym świecie intensywnie poszukują metod, które pozwolą wykrywać choroby zanim pojawią się pierwsze objawy kliniczne. Naukowcy z University of California, Los Angeles (UCLA) opracowali nowy test krwi o nazwie MethylScan, który wstępnie wykazuje zdolność do jednoczesnego wykrywania wielu nowotworów, chorób wątroby oraz innych nieprawidłowości narządowych. Metoda opisana w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) opiera się na analizie fragmentów DNA krążących we krwi i może stanowić przełom w diagnostyce przesiewowej.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa nowa metoda MethylScan, umożliwiająca wykrywanie wielu nowotworów i chorób narządów na podstawie jednej próbki krwi
- Dlaczego analiza pozakomórkowego DNA (cfDNA) może dostarczać informacji o stanie zdrowia całego organizmu
- Jakie wyniki osiągnął test w badaniu obejmującym ponad 1000 uczestników
- W jaki sposób nowa technologia może w przyszłości zmniejszyć potrzebę inwazyjnych biopsji i poprawić wczesne wykrywanie chorób
Dlaczego wczesne wykrywanie nowotworów jest kluczowe
Jednym z głównych powodów wysokiej śmiertelności w wielu nowotworach jest fakt, że choroby te często wykrywane są dopiero w zaawansowanym stadium:
Wczesne wykrycie jest kluczowe – powiedziała dr Jasmine Zhou, główna autorka badania, profesor patologii i medycyny laboratoryjnej oraz badaczka w Centrum Onkologii im. Jonssona w UCLA Health. Wskaźniki przeżywalności są znacznie wyższe, gdy nowotwory zostaną wykryte, zanim się rozprzestrzenią. Jeśli wykryjesz raka w pierwszym stadium, rokowania są znacznie lepsze niż w czwartym.
Właśnie dlatego badania nad tzw. biopsją płynną, czyli analizą markerów nowotworowych we krwi, stały się jednym z najbardziej dynamicznych kierunków rozwoju diagnostyki onkologicznej.
Jak działa test krwi MethylScan
Nowa metoda diagnostyczna wykorzystuje analizę pozakomórkowego DNA (cell-free DNA, cfDNA) – niewielkich fragmentów materiału genetycznego, które trafiają do krwiobiegu w wyniku naturalnego obumierania komórek. Każdego dnia w organizmie człowieka obumiera ogromna liczba komórek, które uwalniają fragmenty DNA do krwi:
Każdego dnia w naszym ciele obumiera od 50 do 70 miliardów komórek. Nie znikają one po prostu, ich DNA przedostaje się do krwiobiegu – powiedział Zhou. To oznacza, że we krwi krążą już informacje ze wszystkich naszych narządów.
Dzięki temu analiza cfDNA może dostarczać informacji o stanie zdrowia różnych narządów, w tym o procesach chorobowych zachodzących w organizmie.
Metylacja DNA jako biologiczny sygnał choroby
W przeciwieństwie do wielu istniejących testów opartych na wykrywaniu mutacji genetycznych, metoda MethylScan analizuje wzorce metylacji DNA. Metylacja to proces chemicznej modyfikacji DNA, który wpływa na aktywność genów. Charakterystyczne wzorce metylacji różnią się w zależności od rodzaju tkanki, a także mogą ulegać zmianie w przebiegu chorób.
Metylacja DNA odzwierciedla stan zdrowia tkanki – powiedział dr Wenyuan Li, profesor patologii i medycyny laboratoryjnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles oraz współautor badania. To bardzo pouczający sygnał.
Analizując te wzorce, naukowcy mogą wykrywać zmiany charakterystyczne dla nowotworów lub innych schorzeń.
Eliminowanie „szumu” w analizie DNA
Jednym z głównych problemów diagnostyki opartej na cfDNA jest fakt, że większość fragmentów DNA obecnych we krwi pochodzi z normalnych komórek krwi, a nie z narządów dotkniętych chorobą. Szacuje się, że 80–90% cfDNA we krwi pochodzi z prawidłowych komórek krwi. Powoduje to powstawanie tzw. szumu tła, który utrudnia identyfikację sygnałów chorobowych.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy zastosowali specjalną technikę enzymatyczną. Polega ona na usuwaniu niemetylowanych fragmentów DNA, które pochodzą głównie z komórek krwi. Dzięki temu możliwe jest wzbogacenie próbki w fragmenty DNA pochodzące z narządów miąższowych, takich jak wątroba czy płuca. W rezultacie metoda pozwala uzyskać wysoką czułość przy znacznie niższych kosztach analizy.
Obiecujące wyniki badań klinicznych
Skuteczność testu MethylScan oceniono w badaniu obejmującym 1061 uczestników. W analizowanej grupie znaleźli się pacjenci z:
- rakiem wątroby,
- rakiem płuc,
- rakiem jajnika,
- rakiem żołądka,
- chorobami wątroby (m.in. HBV, HCV, alkoholowa choroba wątroby oraz metaboliczna choroba wątroby),
- łagodnymi guzkami płuc,
- osoby zdrowe.
Algorytmy uczenia maszynowego analizowały złożone wzorce metylacji DNA. W przypadku wykrywania wielu nowotworów test osiągnął wysoką ogólną dokładność diagnostyczną. Przy swoistości wynoszącej 98% – co oznacza bardzo niski odsetek wyników fałszywie dodatnich – metoda wykryła:
- około 63% wszystkich nowotworów
- około 55% nowotworów we wczesnym stadium
Monitorowanie chorób wątroby
Test okazał się również szczególnie obiecujący w monitorowaniu raka wątroby u pacjentów wysokiego ryzyka, takich jak osoby z marskością wątroby lub zakażeniem HBV. W tej grupie badanie wykryło:
- blisko 80% przypadków raka wątroby
- przy swoistości przekraczającej 90%
Oznacza to, że liczba wyników fałszywie dodatnich pozostawała poniżej 10%.
Identyfikacja źródła choroby w organizmie
Jedną z kluczowych zalet technologii MethylScan jest możliwość określenia narządu, z którego pochodzi sygnał chorobowy.
Możliwość śledzenia sygnałów aż do ich źródła jest istotna, ponieważ pozytywny wynik badania krwi musi wiązać się z koniecznością wykonania badań obrazowych lub innych procedur diagnostycznych ukierunkowanych na odpowiedni narząd – powiedział Li.
Dzięki temu test może pełnić funkcję swoistego „radaru zdrowia organizmu”, wykrywającego nieprawidłowości zanim pojawią się objawy kliniczne.
Alternatywa dla inwazyjnych biopsji
W analizie chorób wątroby metoda MethylScan była w stanie prawidłowo sklasyfikować około 85% pacjentów, rozróżniając m.in.:
- wirusowe zapalenie wątroby
- metaboliczną chorobę wątroby
- inne zaburzenia funkcji narządu
Takie możliwości diagnostyczne sugerują, że w przyszłości badanie krwi może ograniczyć potrzebę wykonywania inwazyjnych biopsji wątroby, które obecnie pozostają standardem diagnostycznym.
Kolejny krok w kierunku uniwersalnego testu krwi
Chociaż technologia wymaga dalszych badań prospektywnych, naukowcy podkreślają, że wyniki stanowią ważny krok w kierunku stworzenia uniwersalnego testu diagnostycznego.
To badanie pokazuje, że profilowanie metylacji na podstawie krwi może dostarczyć klinicznie istotnych informacji dotyczących wielu chorób – powiedział Zhou. To ekscytujący postęp, który przybliża nas do spełnienia marzenia o jednym teście do uniwersalnego wykrywania chorób.
Główne wnioski
- Naukowcy z University of California, Los Angeles (UCLA) opracowali test krwi MethylScan, który analizuje metylację pozakomórkowego DNA (cfDNA) krążącego we krwi.
- W badaniu obejmującym 1061 uczestników metoda wykryła około 63% nowotworów we wszystkich stadiach oraz 55% nowotworów we wczesnym stadium przy swoistości 98%.
- Test wykazał również wysoką skuteczność w monitorowaniu raka wątroby u pacjentów wysokiego ryzyka, wykrywając blisko 80% przypadków.
- Technologia może w przyszłości umożliwić wczesne wykrywanie wielu chorób oraz ograniczenie potrzeby inwazyjnych biopsji poprzez analizę jednej próbki krwi.
Źródło:
- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2518347123
- University of California, Los Angeles
