موتاسیونهای هر بیماری ژنتیکی بخصوص سرطان می توانند پیش آگهی خوبی در مورد تشخیص و انتخاب درمانهای مناسب باشند. هر چند که استفاده از روش مرسوم بیوپسی بافت جامد، توانایی ما را برای چنین درمانهای شخص محور محدود می سازد. این روشهای تهیه بیوپسی جامد ( جراحی تهاجمی) را می توان برای تعیین ژنوتایپ تومور قبل از درمان استفاده کرد اما این روشها را نمی توان برای پیگیری متوالی درمان یا پیشرفت بیماری استفاده نمود. بعلاوه برای برخی از موارد سرطان از جمله سرطان سینه و سرطان پروستات متاستاتیک و یا تومورهایی که گرفتن بیوپسی به راحتی امکان پذیر نیست، این روش تقریباً غیر ممکن می باشد.

با استفاده از cfDNA برای بررسی بیومارکرهای سرطان در خون یا مایعات دیگر بدن با استفاده از روش بیوپسی مایع(liquid biopsy)، نیاز به استفاده از روشهای جراحی تهاجمی تا حدود زیادی مرتفع می شود. هر ساله بیش از 8.2 میلیون نفر در جهان به خاطر سرطان و به دلیل فقدان روشهای تشخیص و درمان مناسب جان خود را از دست می دهند. دانشمندان در طی سالیان دراز همواره در جستجوی روشهایی برای تشخیص و درمان سرطان بر پایه غربالگری، تشخیص  پیش آگهی و مانیتورینگ بیماری بوده اند. هر چند تا به حال هیچ روش تشخیص شناخته شده ای که بتواند سلامت فیزیکی بیمار را در طی روند تشخیص سرطان حفظ کند وجود ندارد. به عنوان مثال رادیولوژی که به طور گسترده در تشخیص سرطان استفاده می شود اما به خاطر مقادیر بالای اشعه یونیزان خطر بالقوه ای را برای بیماران ایجاد می کند. به نظر می رسد که روشهای غیر از رادیولوژی از قبیل اسکن های سونوگرافی و اسکن های MRI برای تشخیص مقادیر اندک باقی مانده بیماری به اندازه کافی کارآمد نمی باشند.

بعلاوه تهیه بیوپسی جامد کاملاً تهاجمی بوده و به طور دقیق قادر نیست تغییرات پویا در تومورها را به دلیل هتروژنی تومور ردیابی کند. بنابراین ایجاد و توسعه روشهای غیر تهاجمی و دقیق برای تشخیص زود هنگام سرطان در زمینه پزشکی دقیق (precision–medicine) یک نیاز ضروری می باشد.

بیوپسی مایع یک روش نمونه گیری و آنالیز از بافت های بیولوژیکی غیر جامد می باشد که عمدتاً در تشخیص بیماریها مورد استفاده قرار می گیرد. DNA های شناور توموری (ctDNAs : circulating tumor DNA) یک گروه از نشانگرهای بیوپسی مایع می باشند که به راحتی در پلاسمای بیماران سرطانی حتی در مراحل اولیه بیماری قابل تشخیص می باشند. توالی  ctDNAها  بسیار هتروژن بوده و تغییرات بسیار متنوعی دارند. همچنین متیلاسیون DNA های اختصاصی تومور را می توان با استفاده از cfDNA به راحتی و به طور پیوسته اندازه گیری و بررسی کرد.

بیوپسی برای هزاران سال است که برای تشخیص، مدیریت و طراحی درمان بیماریها استفاده می شود. به دلیل مشکلات موجود در تهیه بیوپسی های متوالی از جمله ایجاد ناراحتی برای بیمار، عوارض جراحی و خطرات بالقوه بالینی، استفاده بالینی از بیوپسی های چندگانه و متوالی در عمل غیر ممکن گشته است. بعنوان یک روش جایگزین، در حال حاضر استفاده از روش بیوپسی مایع برای بررسی هتروژنی زمانی و مکانی تومورهای جامد استفاده می شود. بیوپسی مایع را حتی می توان در تشخیص سرطان استفاده کرد و بنابراین تشخیص و درمان زود هنگام را امکان پذیر می سازد.

CTC ها در طی مراحل اولیه تومورزایی توسط تومورهای اولیه در جریان خون وارد می شوند. CTC ها دارای پتانسیل بسیار بالا برای تشخیص و مدیریت پیشرفته بیماری (همانگونه که در سرطان سینه، سرطان پروستات و سرطان کلورکتال گزارشی شده است) می باشند. هرچند که جداسازی و بررسی CTC ها بسیار مشکل است زیرا تعداد آنها در جریان خون بیماران سرطان های متاستاتیک فقط به میزان 1 CTC به ازای هر ⁹ 10 × 1 سلول خون نرمال می باشد.

در تومورهای جامد، تشخیص ctDNA ها یک روش غیر تهاجمی و کارآمد می باشد. ctDNA های پلاسما برای اولین بار بیش از 60 سال قبل تشخیص داده شدند. در سال 1977  آقای Leon  و همکاران متوجه شدند که غلظت cfDNA  در جریان خون بیماران لنفوما و سرطان ریه، سرطان تخمدان، سرطان رحم و سرطان دهانه رحم افزایش یافته است. در سال 1989 آقای Stroun و گروه همراه کشف کردند که در ₃/¹ بیماران دارای بدخیمی های مختلف، میزان cfDNA افزایش یافته است.

در بیماران سرطانی ctDNA مقادیر متقاوتی از cfDNA را تشکیل می دهد ( از 0.1 % تا بیش از 50%(. در سال 2015، Sun  و همکاران نشان دادند که اغلب cfDNA درافراد سالم از مغز استخوان منشاء می گیرد. میانگین طول cfDNA درخون افراد سالم 70-200bp با غلظت 0-100ng/ml می باشد. هر چند که طول cfDNA در بیماران دارای تومورهای بدخیم از 200-1000bp می باشد. نیمه عمر ctDNA از 15 دقیقه تا چندین ساعت بوده و درنهایت توسط کبد و کلیه پاکسازی می شوند.

استفاده از ctDNA پلاسما در بالین

ردیابی موتاسیونها و تغییرات اپی ژنتیکی DNA، راهی به سمت تشخیص و ردیابی ctDNA باز کرد. تغییرات ژنتیکی اختصاصی در سلولهای سرطان منعکس کننده شرایط فیزیکی و پاسخ به درمان بیماران می باشد. یافتن DNA هایی با موتاسیونهای اختصاصی تومور در جریان خون بیماران در تشخیص تغییرات پویا در سلولهای سرطانی کمک کننده می باشد. میزان CtDNAدر  انواع متفاوت و مراحل مختلف سرطان متفاوت بوده و پروفایل موتاسیون برای تومورهای خاص در میان بیماران مختلف می تواند متفاوت باشد. بر خلاف تغییرات ژنتیکی، متیلاسیون ctDNA در بیماران سرطانی بسیار ثابت می باشد.

References:

Xiao Han, Junyun Wang, Yingli Sun, Circulating Tumor DNA as Biomarkers for Cancer Detection, Genomics, Proteomics & Bioinformatics, Volume 15, Issue 2, April 2017, Pages 59-72.

Wan JCM, Massie C, Garcia-Corbacho J, Mouliere F, Brenton JD, Caldas C, et al. Liquid biopsies come of age: towards implementation of circulating tumor DNA. Nat Rev Cancer. 2017;17(4):223-38.