Рак: диагноз по капле крови

Как известно, чем раньше «поймаешь» рак, тем благоприятней дальнейший прогноз – на ранней стадии болезнь значительно легче вылечить. Наиболее прогрессивный подход – регулярная проверка крови на онкомаркеры, специфические вещества, выделяемые опухолью или здоровыми тканями в ответ на ее рост. В то же время, в последние годы многие научные группы во всем мире работают над разработкой новых методов, позволяющих проводить еще более быструю и точную диагностику рака по анализу крови. Внедрение в широкую клиническую практику таких тестов, позволяющих не тратить времени на проведение и ожидание результатов такой сложной и болезненной хирургической процедуры, как биопсия опухоли, пока еще только предстоит.

По «хвостам комет»

Так, в октябрьском номере журнала The FASEB Journal группа исследователей из Брэдфордского университета (Великобритания) описала созданный ими тест на «геномную чувствительность лимфоцитов» (lymphocyte genome sensitivity, LGS), в основу которого положен известный метод выявления повреждения клеточной ДНК, так называемый «метод ДНК-комет» (comet assay).

Белые клетки крови, лимфоциты, помещают в нанесенный на предметное стекло слой агар-агара и подвергают повреждающему генетический материал жесткому ультрафиолетовому излучению. В результате повреждения образуются не связанные с клеткой фрагменты ДНК, которые в электрическом поле вытягиваются в слое агар-агара по направлению к аноду. При этом у наблюдаемых объектов образуется «хвост», делая их похожими на кометы. По количеству и длине таких «хвостов» судят о степени поврежденности ДНК.

Авторы слегка модифицировали метод, варьируя толщину слоя агар-агара и интенсивность излучения. Было установлено, что у здоровых людей при увеличении слоя уровень поврежденных ДНК возвращается к норме, а у онкобольных остается высоким. В случае предракового состояния результаты оказываются промежуточными. Эта градация отражает степень уязвимости клеточной ДНК, которая при раке становится максимальной.

LGS-тест был проверен на образцах крови 208 человек. У 20 из них была диагностирована меланома, у 34 – рак толстой кишки, у четырех – рак легких, 56 человек находились в предраковом состоянии, 94 были здоровы. Тест показал очень высокий уровень чувствительности и специфичности, который, как отмечают авторы, при некоторой оптимизации может быть доведен до 100 процентов. Такой тест может быть использован при скрининге на онкозаболевания как сам по себе, так и в комбинации с другими методами диагностики.

По метилированию ДНК

Другая группа британских ученых, из University College London, сообщила в июне 2014 года в журнале Genome Medicine о выявлении универсального биомаркера, дающего возможность по анализу крови предсказать вероятность развития рака молочной железы даже в отсутствие у женщины мутантной копии онкогена BRCA1.

Известно, что мутация в гене BRCA1, связанная с 85-процентным риском развития рака груди у своей носительницы, является наследственной и ответственна примерно за 10 процентов случаев. Однако причина развития опухоли в оставшихся 90 процентах случаев, не связанных с генетической предрасположенностью, остается пока не ясной.

Авторы исследования попробовали рассмотреть этот феномен с точки зрения эпигенетики, объясняющей изменение активности генов влиянием меняющихся внешних условий. В первую очередь речь идет о таком важнейшем эпигенетическом механизме, задействованном в регуляции экспрессии (работы) генов, как варьирование уровней метилирования (модификации) ДНК. Ученые обнаружили, что и у носительниц мутантной копии BRCA1, и у тех, у кого она отсутствует, можно выделить характерную молекулярную «подпись», связанную с уровнем метилирования ДНК в определенных участках генома. Наличие в крови этого биомаркера говорит о высоком риске развития рака молочной железы в ближайшие несколько лет.

По опухолевому маркеру

В августе 2013 года группа исследователей из Техасского университета представила в  журнале Cancer многообещающие результаты разработанной ими двухступенчатой системы ранней диагностики рака яичников на основе анализа крови на опухолевый маркер CA-125.

CA-125 — белок, продуцируемый маткой, шейкой матки, фаллопиевыми трубами и выстилкой грудной клетки и брюшины. Он был открыт еще в 1980-е годы и исследования показали, что повышение уровня CA-125 в крови может быть связано с раком яичников. В то же время, использование CA-125 в качестве онкомаркера оказалось затруднительным, так как выяснилось, что повышение его уровня в крови может быть вызвано причинами, не имеющими отношения к раку (беременностью, менструацией, эндометриозом и другими), а рак яичников на ранних стадиях приводит к росту уровня CA-125 лишь примерно в 80 процентах случаев.

Тем не менее, авторы решили сосредоточить свои усилия именно на нем, поскольку активный поиск других потенциальных биомаркеров рака яичников результатов не дал. А создание системы эффективного скрининга на этот вид рака просто необходимо, потому что в случае ранней диагностики он полностью излечим.  

В продолжавшемся 11 лет масштабном исследовании приняли участие более четырех тысяч изначально здоровых женщин в возрасте от 50 до 74 лет, не имеющих наследственной предрасположенности к раку груди или яичников. Все они на старте исследования сдали кровь на уровень CA-125. Затем, основываясь на разработанной авторами математической модели расчета риска рака яичников, базирующейся на возрасте и уровне CA-125, все участницы были разделены на три группы. Женщинам из группы низкого риска предлагалось сдавать кровь на CA-125 раз в год, из группы среднего риска — раз в три месяца, а из группы высокого риска — встать на учет к гинекологу-онкологу и регулярно обследоваться с помощью метода трансвагинальной сонографии.

В итоге метод позволил правильно предсказать вероятность развития опухоли в 40 процентах случаев, притом, что для обычных методов ранней диагностики подобный показатель составляет примерно 10 процентов. И это только начало – сейчас в Великобритании проводятся клинические исследования панели, в которую входит четыре онкомаркера, включая CA-125. Результаты исследований, в которых задействовано 200 тысяч женщин, станут известны в 2015 году.

По опухолевой ДНК

Еще одним активно разрабатываемым методом ранней диагностики всех видов рака является выделение циркулирующих в кровотоке фрагментов бесклеточной опухолевой ДНК.

Как выяснили исследователи из Медицинской школы при университете Джонса Хопкинса, в зависимости от степени заболевания опухолевая ДНК может составлять до 50 процентов от всей свободно плавающей ДНК, которая присутствует в плазме крови. При этом, поскольку все без исключения раковые клетки содержат множественные хромосомные аномалии, отличающие их от здоровых клеток, отпечаток таких мутаций несет и бесклеточная опухолевая ДНК.

В ноябре 2012 года ученые опубликовали в журнале Science Translational Medicine описание предложенного ими метода поиска такой ДНК среди огромного количества циркулирующих в крови здоровых клеток путем массивного параллельного секвенирования (расшифровки) их геномов. Авторы признали, что метод очень дорог и занимает много времени – на каждого пациента было потрачено несколько тысяч долларов, а на выполнение всех процедур ушел месяц. Однако исследователи уверены, что он очень многообещающ, так как позволяет обнаруживать в образцах крови присутствие менее 0,1 процента дефектных ДНК и диагностировать рак на самых ранних стадиях. Кроме того, в ближайшем будущем такой анализ станет значительно более доступным, так как стоимость секвенирования постоянно падает, а его скорость возрастает.

Как известно, чем раньше «поймаешь» рак, тем благоприятней дальнейший прогноз – на ранней стадии болезнь значительно легче вылечить. Наиболее прогрессивный подход – регулярная проверка крови на онкомаркеры, специфические вещества, выделяемые опухолью или здоровыми тканями в ответ на ее рост. В то же время, в последние годы многие научные группы во всем мире работают над разработкой новых методов, позволяющих проводить еще более быструю и точную диагностику рака по анализу крови. Внедрение в широкую клиническую практику таких тестов, позволяющих не тратить времени на проведение и ожидание результатов такой сложной и болезненной хирургической процедуры, как биопсия опухоли, пока еще только предстоит.

По «хвостам комет»

Так, в октябрьском номере журнала The FASEB Journal группа исследователей из Брэдфордского университета (Великобритания) описала созданный ими тест на «геномную чувствительность лимфоцитов» (lymphocyte genome sensitivity, LGS), в основу которого положен известный метод выявления повреждения клеточной ДНК, так называемый «метод ДНК-комет» (comet assay).

Белые клетки крови, лимфоциты, помещают в нанесенный на предметное стекло слой агар-агара и подвергают повреждающему генетический материал жесткому ультрафиолетовому излучению. В результате повреждения образуются не связанные с клеткой фрагменты ДНК, которые в электрическом поле вытягиваются в слое агар-агара по направлению к аноду. При этом у наблюдаемых объектов образуется «хвост», делая их похожими на кометы. По количеству и длине таких «хвостов» судят о степени поврежденности ДНК.

Авторы слегка модифицировали метод, варьируя толщину слоя агар-агара и интенсивность излучения. Было установлено, что у здоровых людей при увеличении слоя уровень поврежденных ДНК возвращается к норме, а у онкобольных остается высоким. В случае предракового состояния результаты оказываются промежуточными. Эта градация отражает степень уязвимости клеточной ДНК, которая при раке становится максимальной.

LGS-тест был проверен на образцах крови 208 человек. У 20 из них была диагностирована меланома, у 34 – рак толстой кишки, у четырех – рак легких, 56 человек находились в предраковом состоянии, 94 были здоровы. Тест показал очень высокий уровень чувствительности и специфичности, который, как отмечают авторы, при некоторой оптимизации может быть доведен до 100 процентов. Такой тест может быть использован при скрининге на онкозаболевания как сам по себе, так и в комбинации с другими методами диагностики.

По метилированию ДНК

Другая группа британских ученых, из University College London, сообщила в июне 2014 года в журнале Genome Medicine о выявлении универсального биомаркера, дающего возможность по анализу крови предсказать вероятность развития рака молочной железы даже в отсутствие у женщины мутантной копии онкогена BRCA1.

Известно, что мутация в гене BRCA1, связанная с 85-процентным риском развития рака груди у своей носительницы, является наследственной и ответственна примерно за 10 процентов случаев. Однако причина развития опухоли в оставшихся 90 процентах случаев, не связанных с генетической предрасположенностью, остается пока не ясной.

Авторы исследования попробовали рассмотреть этот феномен с точки зрения эпигенетики, объясняющей изменение активности генов влиянием меняющихся внешних условий. В первую очередь речь идет о таком важнейшем эпигенетическом механизме, задействованном в регуляции экспрессии (работы) генов, как варьирование уровней метилирования (модификации) ДНК. Ученые обнаружили, что и у носительниц мутантной копии BRCA1, и у тех, у кого она отсутствует, можно выделить характерную молекулярную «подпись», связанную с уровнем метилирования ДНК в определенных участках генома. Наличие в крови этого биомаркера говорит о высоком риске развития рака молочной железы в ближайшие несколько лет.

По опухолевому маркеру

В августе 2013 года группа исследователей из Техасского университета представила в  журнале Cancer многообещающие результаты разработанной ими двухступенчатой системы ранней диагностики рака яичников на основе анализа крови на опухолевый маркер CA-125.

CA-125 — белок, продуцируемый маткой, шейкой матки, фаллопиевыми трубами и выстилкой грудной клетки и брюшины. Он был открыт еще в 1980-е годы и исследования показали, что повышение уровня CA-125 в крови может быть связано с раком яичников. В то же время, использование CA-125 в качестве онкомаркера оказалось затруднительным, так как выяснилось, что повышение его уровня в крови может быть вызвано причинами, не имеющими отношения к раку (беременностью, менструацией, эндометриозом и другими), а рак яичников на ранних стадиях приводит к росту уровня CA-125 лишь примерно в 80 процентах случаев.

Тем не менее, авторы решили сосредоточить свои усилия именно на нем, поскольку активный поиск других потенциальных биомаркеров рака яичников результатов не дал. А создание системы эффективного скрининга на этот вид рака просто необходимо, потому что в случае ранней диагностики он полностью излечим.  

В продолжавшемся 11 лет масштабном исследовании приняли участие более четырех тысяч изначально здоровых женщин в возрасте от 50 до 74 лет, не имеющих наследственной предрасположенности к раку груди или яичников. Все они на старте исследования сдали кровь на уровень CA-125. Затем, основываясь на разработанной авторами математической модели расчета риска рака яичников, базирующейся на возрасте и уровне CA-125, все участницы были разделены на три группы. Женщинам из группы низкого риска предлагалось сдавать кровь на CA-125 раз в год, из группы среднего риска — раз в три месяца, а из группы высокого риска — встать на учет к гинекологу-онкологу и регулярно обследоваться с помощью метода трансвагинальной сонографии.

В итоге метод позволил правильно предсказать вероятность развития опухоли в 40 процентах случаев, притом, что для обычных методов ранней диагностики подобный показатель составляет примерно 10 процентов. И это только начало – сейчас в Великобритании проводятся клинические исследования панели, в которую входит четыре онкомаркера, включая CA-125. Результаты исследований, в которых задействовано 200 тысяч женщин, станут известны в 2015 году.

По опухолевой ДНК

Еще одним активно разрабатываемым методом ранней диагностики всех видов рака является выделение циркулирующих в кровотоке фрагментов бесклеточной опухолевой ДНК.

Как выяснили исследователи из Медицинской школы при университете Джонса Хопкинса, в зависимости от степени заболевания опухолевая ДНК может составлять до 50 процентов от всей свободно плавающей ДНК, которая присутствует в плазме крови. При этом, поскольку все без исключения раковые клетки содержат множественные хромосомные аномалии, отличающие их от здоровых клеток, отпечаток таких мутаций несет и бесклеточная опухолевая ДНК.

В ноябре 2012 года ученые опубликовали в журнале Science Translational Medicine описание предложенного ими метода поиска такой ДНК среди огромного количества циркулирующих в крови здоровых клеток путем массивного параллельного секвенирования (расшифровки) их геномов. Авторы признали, что метод очень дорог и занимает много времени – на каждого пациента было потрачено несколько тысяч долларов, а на выполнение всех процедур ушел месяц. Однако исследователи уверены, что он очень многообещающ, так как позволяет обнаруживать в образцах крови присутствие менее 0,1 процента дефектных ДНК и диагностировать рак на самых ранних стадиях. Кроме того, в ближайшем будущем такой анализ станет значительно более доступным, так как стоимость секвенирования постоянно падает, а его скорость возрастает.