Группа исследователей из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы разработала новый метод для точного и эффективного выявления тысяч мутаций ДНК в образце крови пациента с минимальным секвенированием. Подход, названный MAESTRO, может однажды позволить обнаруживать остаточный рак у пациентов, прошедших лечение, предупреждая врачей о рецидивах заболевания раньше и дешевле, чем позволяют современные методы.
«Возможность находить редкие мутации в клиническом образце полезна во многих областях биомедицины и диагностики», — пояснил соавтор Виктор Адальштейнссон, заместитель директора Центра диагностики рака им. Герстнера в Институте Броуда. «Существующие методы требуют большого объема секвенирования, чтобы найти фрагменты ДНК с низким содержанием, тогда как MAESTRO достаточно чувствителен, чтобы найти тысячи мутаций с в сто раз меньшим объемом секвенирования».
Работа опубликована на этой неделе в журнале Nature Biomedical Engineering совместно с другими старшими соавторами Тоддом Голубом, директором Института Броуда и преподавателями Института рака Дана-Фарбер (DFCI) и Гарвардской медицинской школы (HMS), и Майклом Макригиоргосом, профессором DFCI и ГМС.
Охота за ДНК рака
У больного раком опухолевые клетки выделяют в кровь фрагменты своей ДНК — фрагменты с контрольными мутациями, указывающие на то, что они произошли из пораженной ткани. Но любая опухолевая ДНК в образце крови — это крошечная частица, плавающая в море здорового генетического материала. Точное обнаружение этого разреженного количества ДНК является сложной задачей, особенно при поиске небольшого количества опухолевых клеток, оставшихся после лечения рака (так называемая «минимальная остаточная болезнь» или MRD).
«Мы видим потребность в более высокой чувствительности», — сказал Адальстейнссон. «И наша команда работает над рядом технологий, чтобы решить эту проблему».
Команда ранее продемонстрировала успех в обнаружении небольшого количества остаточной ДНК рака в образцах крови путем сканирования сотен раковых мутаций. Сканирование тысяч мутаций может еще больше улучшить показатели обнаружения МОБ, но для получения точных результатов обычно требуется огромное количество операций секвенирования. MAESTRO, что означает «секвенирование, обогащенное минорными аллелями, посредством распознавания олигонуклеотидов», является более эффективным подходом к обнаружению низкочастотных мутаций.
Как работает МАЭСТРО
Чтобы использовать MAESTRO, исследователи сначала секвенируют биопсию опухоли пациента, чтобы понять картину мутаций. Обладая этой информацией, они могут создавать специализированные молекулярные зонды, которые будут связываться только с теми последовательностями ДНК, которые связаны с опухолью. Ученые добавляют молекулярные зонды к бесклеточной ДНК из образцов крови, затем смывают любую несвязанную ДНК, позволяя секвенаторам выбирать из образца редкие раковые мутации.
В этом исследовании MAESTRO показал себя так же хорошо, как и более традиционные подходы к секвенированию, при обнаружении сотен мутаций с низкой распространенностью, раскрывая большинство, требуя значительно меньше ресурсов. Кроме того, MAESTRO позволил команде увеличить объем поиска до 10 000 мутаций при низких затратах, что значительно улучшило результаты обнаружения.
Исследователи также повторно изучили образцы пациентов, которые были проанализированы с использованием их более ранних методов. С помощью MAESTRO они обнаружили значительно больше мутаций в каждом протестированном образце крови, что улучшило выявление МОБ после лечения рака .
«MAESTRO сочетает в себе преимущества глубины и широты в одном протоколе», — сказал Макригиоргос. «Это открывает возможность раннего обнаружения MRD или идентификации циркулирующей ДНК рака, который очень мало выделяется».
«Этот проект стал отличным напоминанием о том, что новые методы могут сделать секвенирование ДНК еще более эффективным», — добавил Голуб. «Будет интересно увидеть, как MAESTRO может повлиять на базовые открытия и, в будущем, на клиническую помощь».
В дальнейшем команда продолжает создавать набор технологий, которые могут снизить стоимость и повысить чувствительность обнаружения рака , чтобы пациенты, которым может потребоваться дополнительное лечение для предотвращения рецидива, могли быть выявлены раньше.
