Les biopsies liquides utilisent du sang et non des tissus tumoraux pour diagnostiquer le cancer
Typiquement, les tumeurs sont examinées en utilisant des biopsies tissulaires. Un petit échantillon est prélevé de la tumeur et génotypé, ou analysé pour la constitution génétique. Le problème avec cette approche est que la biopsie des tumeurs peut être difficile. De plus, une biopsie tumorale ne fournit qu'un instantané de la tumeur.
Rédaction de la revue Discovery Medicine en 2015, Labgaa et ses co-auteurs rapportent ce qui suit à propos de la biopsie tumorale conventionnelle:
Pour des raisons évidentes, il est difficile de suivre l'évolution de la tumeur par biopsies séquentielles. En outre, la biopsie ne reflète qu'un seul point de la tumeur et est donc peu susceptible de représenter l'ensemble du spectre des mutations somatiques dans les grandes tumeurs. Une alternative serait d'obtenir plusieurs biopsies pour la même tumeur, mais cette option ne semble ni réaliste ni précise.
La biopsie liquide implique la mesure de l'ADN circulant (ADNct) et d'autres sous-produits tumoraux dans des échantillons de sang prélevés sur des patients atteints de cancer. Cette approche diagnostique émergente promet d'être rapide, non invasive et rentable.
Histoire de la biopsie liquide
En 1948, Mandel et Métais, deux chercheurs français ont d'abord identifié l'ADNct dans le sang de personnes en bonne santé. Cette découverte était en avance sur son temps, et ce n'est que des décennies plus tard que l'ADNct a été explorée davantage.
En 1977, Leon et ses collègues ont d'abord identifié des quantités accrues d'ADNct dans le sang des patients atteints de cancer.
En 1989, Stroun et ses collègues ont identifié des caractéristiques néoplasiques (cancer) dans le sang. Après ces découvertes, plusieurs autres groupes ont identifié des mutations spécifiques dans les suppresseurs de tumeurs et les oncogènes, l'instabilité des microsatellites et la méthylation de l'ADN, qui ont prouvé que l'ADNct est libéré dans la circulation par les tumeurs.
Bien que nous sachions que l'ADNtc dérivé des cellules tumorales circule dans le sang, l'origine, la vitesse de libération et le mécanisme de libération de cet ADN ne sont pas clairs, la recherche donnant des résultats contradictoires. Certaines recherches suggèrent que plus de tumeurs malignes contiennent plus de cellules cancéreuses mortes et libèrent plus d'ADNct. Cependant, certaines recherches suggèrent que toutes les cellules libèrent de l'ADNct. Néanmoins, il semble probable que les tumeurs cancéreuses libèrent des niveaux accrus d'ADNct dans le sang, faisant de l'ADNct un bon biomarqueur du cancer.
En raison de la forte fragmentation et des faibles concentrations dans le sang, l'ADNct est difficile à isoler et à analyser. Il existe un écart entre les concentrations d'ADNct entre les échantillons de sérum et de plasma. Il semble que le sérum sanguin plutôt que le plasma sanguin soit une meilleure source d'ADNct. Dans une étude menée par Umetani et ses collègues, les concentrations d'ADNct étaient systématiquement faibles dans le plasma par rapport au sérum en raison de la perte éventuelle d'ADN circulant pendant la purification, car la coagulation et d'autres protéines sont éliminées pendant la préparation des échantillons.
Selon Heitzer et ses collègues, voici quelques problèmes spécifiques qui doivent être résolus pour exploiter le potentiel de diagnostic de l'ADNtc:
Premièrement, les procédures préanalytiques doivent être normalisées .... La sélection d'une méthode d'isolement qui assure l'extraction d'une quantité suffisante d'ADN de haute qualité est essentielle et il a été démontré que les facteurs préanalytiques d'échantillonnage et de traitement du sang peuvent fortement affecter le rendement de l'ADN .... Deuxièmement, l'un des problèmes les plus importants est le manque d'harmonisation des méthodes de quantification. Différentes méthodes de quantification, ... produisent des résultats différents car ces mesures ciblent l'ADN total ou seulement amplifiable .... Troisièmement, on connaît moins l'origine et le mécanisme détaillé de la libération de l'ADNtc, et dans la plupart des études, des événements confondants qui pourraient aussi contribuer à la libération de l'ADNct.
Approches ciblées et non ciblées
Actuellement, il y a deux approches principales prises en analysant le plasma de sang (ou le sérum) pour l'ADNct. La première approche est ciblée et recherche des changements génétiques spécifiques indicatifs des tumeurs. La deuxième approche est non ciblée et implique une analyse à l'échelle du génome à la recherche d'ADNtc reflétant le cancer. Alternativement, le séquençage de l'exome a été utilisé comme une approche plus rentable et non ciblée. Les exomes sont les parties de l'ADN qui sont transcrites pour produire des protéines.
Avec des approches ciblées, le sérum est analysé pour des mutations génétiques connues dans un petit ensemble de mutations du conducteur.
Les mutations du conducteur se réfèrent à des mutations dans le génome qui favorisent, ou «conduisent», la croissance des cellules cancéreuses. Ces mutations comprennent KRAS ou EGFR .
En raison des progrès technologiques de ces dernières années, des approches ciblées de l'analyse du génome pour de petites quantités d'ADNtc sont devenues réalisables. Ces technologies comprennent ARMS (système de mutation réfractaire d'amplification); PCR numérique (dPCR); perles, émulsions, amplification et magnétiques (BEAMing); et séquençage profond (CAPP-Seq).
Même s'il y a eu des progrès technologiques qui rendent l'approche ciblée possible, l'approche ciblée ne cible que quelques positions de mutations (hotspots) et manque beaucoup de mutations du conducteur telles que les gènes suppresseurs de tumeurs.
Le principal avantage des approches non ciblées de la biopsie liquide est qu'elles peuvent être utilisées chez tous les patients en raison du fait que le test ne repose pas sur des modifications génétiques récurrentes. Les changements génétiques récurrents ne couvrent pas tous les cancers et ne sont pas des signatures de cancer spécifiques. Néanmoins, cette approche manque de sensibilité analytique et une analyse complète des génomes tumoraux n'est pas encore possible.
Fait à noter, le prix du séquençage d'un génome entier a considérablement diminué. En 2006, le prix du séquençage du génome entier était d'environ 300 000 $ (USD). En 2017, le coût avait chuté à environ 1 000 dollars américains par génome, y compris les réactifs et l'amortissement des machines de séquençage.
Utilité clinique de la biopsie liquide
Les premiers efforts pour utiliser l'ADNtc étaient des diagnostics et ont comparé les niveaux chez les patients en bonne santé avec ceux des patients atteints de cancer ou ceux ayant une maladie bénigne. Les résultats de ces efforts ont été mitigés, seules quelques études montrant des différences significatives indiquant le cancer, l'état indemne ou la rechute.
La raison pour laquelle l'ADNct peut être utilisé seulement une partie du temps pour diagnostiquer le cancer est parce que des quantités variables d'ADNct sont dérivées de tumeurs. Toutes les tumeurs ne "libèrent" pas l'ADN dans la même quantité. En général, les tumeurs plus avancées et répandues répandent plus d'ADN dans la circulation que les tumeurs localisées précoces. De plus, différents types de tumeurs déversent différentes quantités d'ADN dans la circulation. La fraction de l'ADN circulant qui est dérivée d'une tumeur est largement variable selon les études et les types de cancer, allant de 0,01% à 93%. Il est important de noter qu'en général, seule une minorité de l'ADNtc est dérivée de la tumeur, le reste provenant de tissus normaux.
L'ADN circulant pourrait être utilisé comme marqueur pronostique de la maladie. L'ADN circulant pourrait être utilisé pour surveiller les changements dans le cancer au fil du temps. Par exemple, une étude a montré que le taux de survie à deux ans chez les patients atteints de cancer colorectal (c.-à-d. Le nombre de patients encore vivants au moins deux ans après le diagnostic de cancer colorectal) et les mutations du KRAS hotspot était de 100%. ADN circulant correspondant. De plus, il est possible que dans un proche avenir, l'ADN circulant puisse être utilisé pour surveiller les lésions précancéreuses.
L'ADN circulant pourrait également être utilisé pour surveiller la réponse à la thérapie. Parce que l'ADN circulant offre une meilleure image globale de la constitution génétique des tumeurs, cet ADN contient probablement de l'ADN diagnostique, qui peut être utilisé à la place de l'ADN diagnostique obtenu à partir des tumeurs elles-mêmes.
Maintenant, regardons quelques exemples spécifiques de biopsie liquide.
Guardant360
Guardant Health a mis au point un test qui utilise le séquençage de nouvelle génération pour profiler l'ADN circulant en vue de détecter les mutations et les réarrangements chromosomiques de 73 gènes liés au cancer. Guardant Health a publié une étude sur l'utilité de la biopsie liquide en oncologie. L'étude a utilisé des échantillons de sang de 15 000 patients avec un total de 50 types de tumeurs.
Dans la plupart des cas, les résultats du test de biopsie liquide ont été alignés sur les altérations génétiques observées dans les biopsies tumorales.
Selon le NIH:
Guardant360 a identifié les mêmes mutations critiques dans d'importants gènes liés au cancer comme EGFR, BRAF, KRAS et PIK3CA à des fréquences très similaires à celles précédemment identifiées dans des échantillons de biopsie tumorale, corrélés statistiquement entre 94% et 99%.
En outre, selon le NIH, les chercheurs ont rapporté ce qui suit:
Dans une deuxième partie de l'étude, les chercheurs ont évalué près de 400 patients - dont la plupart avaient un cancer du poumon ou colorectal - qui avaient à la fois des résultats d'ADN du sang et d'ADN tumoral et ont comparé les changements génomiques. La précision globale de la biopsie liquide par rapport aux résultats des analyses de biopsie tumorale était de 87%. La précision a augmenté à 98% lorsque les échantillons de sang et de tumeur ont été recueillis dans les 6 mois les uns des autres.
Guardant360 était précis même si les taux d'ADN circulant dans le sang étaient faibles. Souvent, l'ADN tumoral circulant ne constituait que 0,4% de l'ADN dans le sang.
Dans l'ensemble, en utilisant une biopsie liquide, les chercheurs de Guardant ont pu identifier des marqueurs tumoraux pouvant diriger le traitement par des médecins chez 67% des patients. Ces patients étaient admissibles à des traitements approuvés par la FDA ainsi qu'à des thérapies expérimentales.
ADNct et cancer du poumon
En 2016, la FDA a approuvé le test de mutation cobas EGFR à utiliser pour la détection des mutations de l' EGFR dans l'ADN circulant de patients atteints d'un cancer du poumon. Ce test a été la première biopsie liquide approuvée par la FDA et a identifié des patients susceptibles d'être candidats à un traitement ciblé par l'erlotinib (Tarceva), l'afatinib (Gilotrif) et le géfitinib (Iressa) en première intention, et l'osiméritinib (Tagrisso) traitement de deuxième ligne. Ces thérapies ciblées attaquent les cellules cancéreuses avec des mutations spécifiques de l' EGFR .
Fait important, en raison du nombre élevé de résultats faussement négatifs, la FDA recommande qu'un échantillon de biopsie tissulaire soit également prélevé chez un patient ayant une biopsie liquide négative.
ADNct et cancer du foie
Le nombre de personnes qui meurent d'un cancer du foie a augmenté au cours des 20 dernières années. Actuellement, le cancer du foie est la deuxième cause de décès par cancer dans le monde. Il n'y a pas de bons biomarqueurs disponibles pour détecter et analyser le cancer hépatique ou hépatocellulaire (HCC). L'ADN circulant pourrait être un bon biomarqueur du cancer du foie.
Considérez la citation suivante de Lagbaa et co-auteurs sur le potentiel de l'utilisation de l'ADN circulant pour diagnostiquer le cancer du foie:
L'hyperméthylation de RASSF1A, p15 et p16 a été suggérée comme outil de diagnostic précoce dans une étude rétrospective incluant 50 patients atteints de CHC. Une signature de quatre gènes aberrants méthylés (APC, GSTP1, RASSF1A et SFRP1) a également été testée pour la précision diagnostique, tandis que la méthylation de RASSF1A a été rapportée comme un biomarqueur pronostique. Des études subséquentes ont analysé l'ADNtc chez des patients atteints de CHC en utilisant des technologies de séquençage en profondeur ... Des chiffres aberrants ont été détectés chez deux porteurs du VHB sans antécédents de CHC au moment du prélèvement sanguin, mais qui ont développé un CHC au cours du suivi. Cette découverte a ouvert la porte à l'évaluation de la variation du nombre de copies dans l'ADNct en tant qu'outil de dépistage pour la détection précoce du CHC.
Un mot de
Les biopsies liquides constituent une nouvelle approche passionnante du diagnostic génomique. Actuellement, certaines biopsies liquides, qui offrent un profil moléculaire complet, sont à la disposition des médecins pour compléter les informations génétiques obtenues par biopsie tissulaire. Il existe également certaines biopsies liquides qui peuvent être utilisées au lieu d'une biopsie tissulaire, lorsque les biopsies tissulaires ne sont pas disponibles.
Il est important de garder à l'esprit que de nombreux essais de biopsie liquide sont actuellement en cours et plus de recherches doivent être faites pour étoffer l'utilité thérapeutique de cette intervention.
> Sources:
> Le test sanguin pour les changements génétiques dans les tumeurs montre la promesse comme alternative à la biopsie tumorale. NIH.
> Heitzer E, P Ulz, Geigl JB. L'ADN tumoral circulant comme une biopsie liquide pour le cancer. Chimie clinique. 2015; 61: 112-123. doi: 10.1373 / clinchem.2014.222679
> Lagbaa J, Villanueva A. Biopsie liquide dans le cancer du foie. Médecine de découverte. 2015; 19 (105): 263-73.
> Biopsie liquide: utilisation de l'ADN dans le sang pour détecter, suivre et traiter le cancer. NIH.
> Umetani N, et al. Une plus grande quantité d'ADN en circulation libre dans le sérum que dans le plasma n'est pas principalement causée par l'ADN étranger contaminé pendant la séparation. Ann NY Acad Sci. 2006; 1075: 299-307.
> Wellstein A. Principes généraux dans la pharmacothérapie du cancer. Dans: Brunton LL, Hilal-Dandan R, Knollmann, C.-B. eds. Goodman et Gilman: La base pharmacologique de Therapeutics, 13e New York, NY: McGraw-Hill.