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约翰•霍普金斯研究人员开发出新型血液检测方法,利用DNA“包装”模式检测多种癌症类型

【華府新聞日報訊】约翰∙霍普金斯金梅尔癌症中心的研究人员表示,他们开发出一种简便的新型血液检测方法,可通过识别从癌细胞脱落后进入血液循环的DNA片段的独特模式,检测出7种不同类型的癌症。

在一项早期概念验证研究中,该检测称为DELFI(DNA片段评估以进行早期干预),在对208名癌症患者的血样检测中准确地检测到有57%至超过99%存在癌症DNA。这些患者来自美国、丹麦和荷兰,处于乳腺癌、结肠直肠癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、胃癌或胆管癌的不同阶段。

此外,DELFI在215名健康个体的血样检测中也具有良好的效果,仅在4个病例中错误地识别癌症。该检测使用机器学习(一种人工智能)来识别癌症患者血液中DNA片段的异常模式。通过研究这些模式,研究人员在高达75%的病例中识别出癌症的起源组织。
有关该研究的报告发表在《自然》(Nature)杂志上。

研究第一作者Victor E. Velculescu医学博士、哲学博士、肿瘤学教授兼约翰∙霍普金斯金梅尔癌症中心癌症生物学项目联合主任表示,用于癌症检测的血液检测方法“液体活检”通常会寻找癌细胞内DNA序列的突变或变化,或者甲基化(甲基化是一种将甲基添加到DNA中的化学反应)。但并非所有癌症患者都具有可使用这些方法检测到的变化,因此亟需可用于癌症遗传标记早期检测的改进方法。
他说,DELFI采取了不同的方法,即研究癌细胞核内DNA的包装方式。为此,它通过在血液中检查来自基因组不同区域的DNA大小和数量来获取该包装的线索。

约翰•霍普金斯大学医学院医学博士兼哲学博士候选人Alessandro Leal解释道,健康细胞的细胞核将DNA包装成一个整理有序的“行李箱”,其中物品分开放置,类似的物品装在一起。相比之下,癌细胞的细胞核更像是杂乱无章的“手提箱”,来自整个基因组的物品被杂乱地丢放。

“由于各种原因,癌症基因组在包装方式上变得杂乱无章,这意味着当癌细胞死亡时,它们会以混乱的方式将DNA释放到血液中”,约翰∙霍普金斯金梅尔癌症中心博士后研究员、哲学博士Jillian Phallen说道。检查这种细胞外游离DNA (cfDNA)时,DELFI检测法通过基于包装方式检测基因组不同区域的DNA大小和数量的异常,以此来帮助识别癌症的存在。

研究人员警告说,这种检测法的潜力必须在其他研究中进行进一步验证,但如果确实有潜力,可以使用该方法来筛查癌症,具体方法是从个体采集一管血液、提取cfDNA、研究其基因序列并确定cfDNA的片段图谱,然后可以将来自个体的全基因组片段模式与具有已知癌症类型的“参考群体”进行比较,以确定该模式是健康的还是源自癌症。

约翰∙霍普金斯大学医学院肿瘤学副教授、哲学博士Robert B. Scharpf表示,由于全基因组图谱可能揭示与特定组织相关的差异,因此如果发现源自癌症,这些模式也可以指示癌症的来源,例如来自胰腺、乳房等。
Scharpf表示,DELFI可同时分析基因组中数百到数千个区域的数百万个序列,从微量的cfDNA中识别肿瘤特异性异常。

借助DELFI检测,研究人员发现癌症患者和健康个体之间的全基因组cfDNA片段图谱不同。在癌症患者中,cfDNA中的片段模式似乎是由血液和肿瘤细胞两者释放的DNA混合物产生的,并且显示出多个不同的基因组差异,不同区域的片段大小有增有减。

DELFI在73%的癌症患者中检测到癌症,而对215个健康个体中的4个进行了错误分类(特异性为98%)。此外,与目前基于突变的cfDNA分析相比,该检测在鉴定cfDNA来源组织方面经证实具有61%-75%的准确度。将这两种方法结合使用时,研究人员表示他们可以准确地检测出91%的癌症患者。

该团队正在扩大分析范围,以研究DELFI在数千个样本中的性能。“DELFI的潜力让我们备受鼓舞,因为不同于多年来让我们陷入困境的做法,它着眼于一套完全独立的癌症DNA特征”,Velculescu说道。

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