פריצת דרך בבדיקות דם: כיצד סוכני היסוד משנים את גילוי הסרטן

חוקרים יצרו שיטה פורצת דרך לשיפור גילוי הסרטן בבדיקות דם על ידי שימוש בחומרי התחלה להגברת הגידול במחזור הדם DNA רמות, המציעות הבטחה לאבחון מוקדם והחלטות טיפול מדויקות.

גידולים משירים ללא הרף DNA מתאי גוסס, אשר מסתובב לזמן קצר במחזור הדם של החולה לפני שהוא מתפרק במהירות. חברות רבות יצרו בדיקות דם שיכולות לברר את ה-DNA של הגידול הזה, ועשויות לעזור לרופאים לאבחן או לנטר סרטן או לבחור טיפול.

עם זאת, כמות ה-DNA של הגידול שמסתובבת בכל זמן נתון היא קטנה ביותר, ולכן זה היה מאתגר לפתח בדיקות רגישות מספיק כדי לקלוט את האות הזעיר הזה. צוות חוקרים מ MIT ומכון Broad של MIT והרווארד המציא כעת דרך להגביר משמעותית את האות הזה, על ידי האטה זמנית של פינוי ה-DNA של הגידול שמסתובב בזרם הדם.

פריצת דרך עם סוכני תחול

החוקרים פיתחו שני סוגים שונים של מולקולות הניתנות להזרקה, שהם מכנים "סוכני פרימה", שעלולים להפריע זמנית ליכולת של הגוף להסיר את ה-DNA של הגידול במחזור הדם מזרם הדם. במחקר שנערך על עכברים, הם הראו שסוכנים אלה יכולים להגביר את רמות ה-DNA מספיק כדי שאחוז הגרורות הניתנות לזיהוי בשלב מוקדם של הריאות יזנק מפחות מ-10% ליותר מ-75%.

גישה זו יכולה לאפשר לא רק אבחון מוקדם יותר של סרטן, אלא גם זיהוי רגיש יותר של מוטציות גידול שניתן להשתמש בהן כדי להנחות את הטיפול. זה יכול גם לעזור לשפר את זיהוי הישנות הסרטן.

"אתה יכול לתת לאחד מהסוכנים האלה שעה לפני הוצאת הדם, וזה הופך דברים לגלויים שקודם לכן לא היו. המשמעות היא שאנחנו צריכים להיות מסוגלים לתת לכל מי שעושה ביופסיות נוזליות, לכל מטרה, יותר מולקולות לעבוד איתן", אומרת סנגטה בהטיה, פרופסור ג'ון ודורותי ווילסון למדעי הבריאות והטכנולוגיה ולהנדסת חשמל ומדעי המחשב ב- MIT, וחבר במכון קוך לחקר סרטן אינטגרטיבי של MIT ובמכון להנדסה רפואית ומדע.

בהטיה הוא אחד הכותבים הבכירים של המחקר החדש, יחד עם ג'יי כריסטופר לאב, הפרופסור של ריימונד א' והלן א' סנט לורן להנדסה כימית ב-MIT וחבר במכון קוך ובמכון ראגון של MGH, MIT, והרווארד וויקטור אדלשטייןסון, מנהל מרכז גרסטנר לאבחון סרטן במכון ברוד.

כרמן מרטין-אלונסו PhD '23, פוסט-דוקטורט של MIT ו-Broad Institute, שרווין טבריזי, ומדען מכון ברוד קאן שיונג הם המחברים הראשיים של המאמר, שפורסם לאחרונה בכתב העת מַדָע.

ביופסיות נוזליות: דרך לשיפור הטיפול בסרטן

ביופסיות נוזליות, המאפשרות זיהוי של כמויות קטנות של DNA בדגימות דם, משמשות כיום בחולי סרטן רבים כדי לזהות מוטציות שיכולות לעזור להנחות את הטיפול. עם זאת, עם רגישות רבה יותר, בדיקות אלו יכולות להיות שימושיות עבור הרבה יותר חולים. רוב המאמצים לשפר את הרגישות של ביופסיות נוזליות התמקדו בפיתוח טכנולוגיות רצף חדשות לשימוש לאחר שאיבת הדם.

בזמן סיעור מוחות להפוך ביופסיות נוזליות לאינפורמטיביות יותר, בהאטיה, לאב, אדלשטיין והחניכים שלהם העלו את הרעיון לנסות להגדיל את כמות ה-DNA בזרם הדם של המטופל לפני נטילת הדגימה.

"גידול תמיד יוצר DNA חדש נטול תאים, וזה האות שאנו מנסים לזהות בהוצאת הדם. טכנולוגיות קיימות של ביופסיה נוזלית, לעומת זאת, מוגבלות על ידי כמות החומר שאתה אוסף בצינורית הדם", אומר לאב. "המקום שבו העבודה הזו משתדלת היא לחשוב איך להזריק משהו מראש שיעזור להגביר או להגביר את כמות האותות הזמינות לאיסוף באותו מדגם קטן."

הגוף משתמש בשתי אסטרטגיות עיקריות כדי להסיר DNA במחזור הדם מזרם הדם. אנזימים הנקראים DNases מסתובבים בדם ומפרקים את ה-DNA שהם נתקלים בו, בעוד שתאי חיסון הידועים כמקרופאגים קולטים DNA נטול תאים כאשר הדם מסונן דרך הכבד.

החוקרים החליטו למקד כל אחד מהתהליכים הללו בנפרד. כדי למנוע מ-DNases לפרק DNA, הם תכננו נוגדן חד שבטי שנקשר ל-DNA במחזוריות ומגן עליו מפני האנזימים.

"נוגדנים הם אמצעים ביו-פרמצבטיים מבוססים, והם בטוחים במספר הקשרי מחלה שונים, כולל סרטן וטיפולים אוטואימוניים", אומר לאב. "הרעיון היה, האם נוכל להשתמש בסוג זה של נוגדנים כדי לסייע בהגנה על ה-DNA באופן זמני מפני השפלה על ידי הנוקלאזות שנמצאות במחזור? ועל ידי כך, אנו מעבירים את האיזון למקום שבו הגידול מייצר דנ"א מעט יותר מהר ממה שמתכלה, ומגדיל את הריכוז בהוצאת דם".

חומר הפתיחה הנוסף שהם פיתחו הוא ננו-חלקיק שנועד לחסום מקרופאגים מלקלוט DNA נטול תאים. לתאים אלו יש נטייה ידועה לאכול ננו-חלקיקים סינתטיים.

"ה-DNA הוא ננו-חלקיק ביולוגי, והיה הגיוני שתאי חיסון בכבד כנראה קולטים את זה בדיוק כמו שהם עושים ננו-חלקיקים סינתטיים. ואם זה היה המקרה, מה שהתברר, אז נוכל להשתמש בננו-חלקיק דמה בטוח כדי להסיח את דעתם של תאי החיסון ולהשאיר את ה-DNA המסתובב לבד כך שהוא יוכל להיות בריכוז גבוה יותר", אומר בהטיה.

מהפכה בגילוי סרטן מוקדם

החוקרים בדקו את סוכני ה-priming שלהם בעכברים שקיבלו השתלות של תאים סרטניים שנוטים ליצור גידולים בריאות. שבועיים לאחר השתלת התאים, החוקרים הראו כי חומרי הפתיחה הללו יכולים להגביר את כמות ה-DNA של הגידול במחזור המשוחזר בדגימת דם עד פי 60.

לאחר נטילת דגימת הדם, ניתן להריץ אותה דרך אותם סוגים של בדיקות רצף המשמשות כיום בדגימות ביופסיה נוזליות. בדיקות אלו יכולות לבחור DNA של הגידול, כולל רצפים ספציפיים המשמשים לקביעת סוג הגידול וייתכן אילו סוגי טיפולים יעבדו בצורה הטובה ביותר.

גילוי מוקדם של סרטן הוא יישום מבטיח נוסף עבור חומרי הפתיחה הללו. החוקרים מצאו שכאשר עכברים קיבלו את חומר הפתיחה של ננו-חלקיקים לפני שאיבת הדם, זה איפשר להם לזהות DNA של גידול במחזור הדם של 75 אחוז מהעכברים עם עומס סרטן נמוך, בעוד שאף אחד מהם לא ניתן לזיהוי ללא הדחיפה הזו.

"אחד המכשולים הגדולים ביותר לבדיקת ביופסיה נוזלית של סרטן היה המחסור במחזור ה-DNA של הגידול בדגימת דם", אומר אדלשטייןסון. "לכן זה היה מעודד לראות את גודל ההשפעה שהצלחנו להשיג עד כה ולראות איזו השפעה יכולה להיות לכך על המטופלים."

לאחר הזרקת אחד מחומרי ההתחלה, עוברות שעה או שעתיים עד שרמות ה-DNA עולות בזרם הדם, ואז הן חוזרות למצב נורמלי תוך כ-24 שעות.

"היכולת להגיע לפעילות שיא של גורמים אלה בתוך כמה שעות, ואחריה אישור מהיר שלהם, פירושה שמישהו יכול להיכנס לרופא, לקבל סוכן כזה, ואז לתת את הדם שלו לבדיקה עצמה, הכל בתוך ביקור אחד", אומרת לאב. "תכונה זו מבשרת טובות על הפוטנציאל לתרגם את המושג הזה לשימוש קליני."

החוקרים השיקו חברה בשם Amplifyer Bio שמתכננת להמשיך ולפתח את הטכנולוגיה, בתקווה להתקדם לניסויים קליניים.

"צינור דם הוא אבחון נגיש הרבה יותר מבדיקת קולונוסקופיה או אפילו ממוגרפיה", אומר בהטיה. "בסופו של דבר, אם הכלים האלה באמת מנבאים, אז אנחנו אמורים להיות מסוגלים להכניס הרבה יותר חולים למערכת שיוכלו להפיק תועלת מירוט סרטן או טיפול טוב יותר."

המחקר מומן על ידי מענק התמיכה של מכון קוך (הליבה) מהמכון הלאומי לסרטן, מרכז השיש לננו-רפואה בסרטן, קרן משפחת גרסטנר, מרכז לודוויג ב-MIT, תוכנית מחקר הגבול של מכון קוך באמצעות קרן קייסי ומשפחה, ופרויקט הגשר, שותפות בין מכון קוך למרכז הסרטן דנה-פרבר/הרווארד.