Mikrobų DNR kraujyje gali padėti nustatyti, kas serga vėžiu

Beveik visos ankstesnės vėžio tyrimų pastangos darė prielaidą, kad navikai yra sterili aplinka, ir ignoravo sudėtingą žmogaus vėžio ląstelių sąveiką su bakterijomis, virusai ir kiti mikrobai, kurie gyvena mūsų kūne ir ant jo.

Mikrobų genų skaičius mūsų organizmuose gerokai viršija žmogaus genų skaičių, todėl nereikėtų stebėtis, kad jie suteikia mums svarbių užuominų apie mūsų sveikatą “.

Robas Riteris, Daktaras, Mikrobiomų inovacijų centro profesorius ir direktorius

Su vėžiu susiję mikrobų modeliai

Tyrėjai pirmiausia pažvelgė į mikrobų duomenis, gautus iš vėžio genomo atlaso, Nacionalinio vėžio instituto duomenų bazė, kurioje yra tūkstančių pacientų navikų genominė ir kita informacija. Komandos žiniomis, tai buvo didžiausios pastangos, kada nors atliktos siekiant identifikuoti mikrobų DNR žmogaus sekos duomenyse.

Nuo 18, 116 naviko mėginių, atstovauja 10, 481 pacientas, sergantis 33 skirtingais vėžio tipais, atsirado aiškūs mikrobų parašai, arba modeliai, susijęs su specifiniais vėžio tipais. Kai kurių buvo tikimasi, pavyzdžiui, ryšys tarp žmogaus papilomos viruso (ŽPV) ir gimdos kaklelio, galvos ir kaklo vėžys, ir asociacija tarp Fusobacterium rūšių ir virškinimo trakto vėžio. Tačiau komanda taip pat nustatė anksčiau nežinomus mikrobų parašus, kurie stipriai diskriminavo vėžio tipus. Pavyzdžiui, buvimas Fekalibakterija rūšys išskyrė storosios žarnos vėžį nuo kitų vėžio rūšių.

Apsiginklavę tūkstančių vėžio mėginių mikrobiomų profiliais, tada mokslininkai apmokė ir išbandė šimtus mašininio mokymosi modelių, kad susietų tam tikrus mikrobų modelius su specifiniais vėžiais. Mašinų mokymosi modeliai sugebėjo nustatyti paciento vėžio tipą, naudojant tik jo kraujo mikrobų duomenis.

Tuomet mokslininkai iš duomenų rinkinio pašalino aukšto laipsnio (III ir IV stadijos) vėžį ir nustatė, kad daugelis vėžio tipų vis dar buvo atskirtos ankstesniais etapais, kai buvo remiamasi tik iš kraujo gautais mikrobų duomenimis. Rezultatai išliko net tada, kai komanda atliko griežčiausią mėginių bioinformacinį nukenksminimą, kuris pašalino daugiau nei 90 procentų mikrobų duomenų.

Taikant mikrobų DNR testą

Norėdami nustatyti, ar šie mikrobų modeliai gali būti naudingi realiame pasaulyje, Riteris, Poore ir komanda išanalizavo iš kraujo gautus plazmos mėginius iš 59 pacientų, kurie sutiko, kad serga prostatos vėžiu, 25 su plaučių vėžiu ir 16 su melanoma, pateikė bendradarbiai „Moores Cancer Center“ UC San Diego Health. Naudodami naujas priemones, kurias jie sukūrė, kad sumažintų taršą, tyrėjai sukūrė kiekvieno vėžiu sergančio paciento mėginio mikrobų parašų rodmenis ir palygino juos tarpusavyje ir su 69 sveikų plazmos mėginiais, ŽIV neigiami savanoriai, pateikė ŽIV neurologinio elgesio tyrimų centras UC San Diego medicinos mokykloje.

Komandos mašininio mokymosi modeliai sugebėjo atskirti daugumą vėžiu sergančių žmonių nuo nesergančių. Pavyzdžiui, modeliai galėtų teisingai atpažinti 86 proc. jautrumo plaučių vėžiu sergantį asmenį ir 100 proc. Jie dažnai galėjo pasakyti, kurie dalyviai turėjo kurį iš trijų vėžio tipų. Pavyzdžiui, modeliai galėtų teisingai atskirti prostatos vėžiu sergantį asmenį nuo 81 proc.

„Gebėjimas, viename kraujo mėgintuvėlyje, turėti išsamų naviko DNR (prigimties) ir paciento mikrobiotos DNR (puoselėjimo) profilį, taip sakant, yra svarbus žingsnis į priekį siekiant geriau suprasti šeimininko ir aplinkos sąveiką sergant vėžiu, “,-sakė bendraautorius Sandipas Pravinas Patelis, MD, medicinos onkologas ir eksperimentinės terapijos vadovas Moores vėžio centre, UC San Diego Health.

„Laikantis šio požiūrio, yra galimybė stebėti šiuos pokyčius laikui bėgant, ne tik kaip diagnostika, bet ilgalaikiam terapiniam stebėjimui. Tai gali turėti didelės įtakos vėžiu sergančių pacientų priežiūrai, ir anksti nustatant vėžį, jei šie rezultatai ir toliau išliks tolesniuose bandymuose “.

Palyginimas su dabartine vėžio diagnostika

Pasak Patelio, Daugelio vėžio diagnozei šiuo metu reikalinga chirurginė biopsija arba mėginio pašalinimas iš įtariamos vėžio vietos ir mėginio analizė, kurią atlieka ekspertai, ieškantys su tam tikrais vėžiais susijusių molekulinių žymenų. Šis metodas gali būti invazinis, daug laiko ir brangu.

Kelios bendrovės dabar kuria „skystas biopsijas“-; metodai, skirti greitai diagnozuoti konkrečius vėžio atvejus, naudojant paprastą kraujo paėmimą ir technologijas, leidžiančias aptikti vėžiui būdingas žmogaus genų mutacijas cirkuliuojančioje navikų išskiriamoje DNR. Šis metodas jau gali būti naudojamas tam tikrų jau diagnozuotų vėžio tipų navikų progresavimui stebėti, tačiau dar nėra patvirtinta JAV maisto ir vaistų administracijos (FDA) diagnostikos reikmėms.

„Nors buvo pasiekta nuostabi pažanga skystos biopsijos ir ankstyvo vėžio nustatymo srityje, dabartinės skystos biopsijos dar negali patikimai atskirti normalios genetinės variacijos nuo tikro ankstyvo vėžio, ir jie negali pasiimti vėžio, kai žmogaus genomo pakitimai nėra žinomi arba jų negalima aptikti, - sakė Patelis, kuris taip pat eina San Diego tiksliosios imunoterapijos centro direktoriaus pavaduotojo pareigas.

Štai kodėl dažnai kyla pavojus, kad dabartinės skystos biopsijos duos klaidingai neigiamus rezultatus nustatant mažą ligos naštą. „Sunku rasti vieną labai retą žmogaus genų mutaciją retose ląstelėse, išsiliejusiose iš naviko, "Patel sakė." Juos lengva nepastebėti ir jums gali būti pasakyta, kad nesergate vėžiu, kai tu tikrai tai darai “.

Pasak tyrėjų, vienas vėžio aptikimo, pagrįsto mikrobine DNR, pranašumas, palyginti su cirkuliuojančia žmogaus naviko DNR, yra jo įvairovė įvairiose kūno vietose. Žmogaus DNR, priešingai, iš esmės yra vienodas visame kūne. Nesiremdamas retais žmogaus DNR pokyčiais, tyrimas rodo, kad kraujo mikrobų DNR rodmenys gali tiksliai nustatyti vėžio buvimą ir tipą ankstesnėse stadijose nei dabartiniai skysčių biopsijos tyrimai, taip pat vėžiui, kuriam trūksta šiose platformose aptinkamų genetinių mutacijų.

Apribojimai ir įspėjimai

Mokslininkai greitai pastebi, kad vis dar yra tikimybė, kad kraujo mikrobų DNR rodmenys gali praleisti vėžio požymius ir pateikti klaidingą neigiamą rezultatą. Tačiau jie tikisi, kad jų naujas požiūris taps tikslesnis, nes jie patobulins savo mašinų mokymosi modelius, turėdami daugiau duomenų.

Ir nors klaidingi neigiami rezultatai gali būti rečiau taikomi taikant mikrobų DNR metodą, klaidingi teigiami -; girdėti, kad sergate vėžiu, kai to nedarote -; vis dar yra rizika.

Patel sakė, kad vien todėl, kad vėžys aptinkamas anksti, tai nereiškia, kad visada reikia nedelsiant gydyti. Kai kurie DNR pokyčiai nėra vėžiniai, pokyčiai, susiję su senėjimu, nekenksmingas ar apsisprendęs. Jūs niekada apie juos nežinotumėte be testo. Štai kodėl daugiau patikrinimų ir daugiau vėžio diagnozių ne visada gali būti geras dalykas, Patelis sakė:ir tai turėtų nustatyti patyrę gydytojai.

Komanda taip pat įspėjo, kad net jei mikrobų rodmenys rodo vėžį, pacientui tikriausiai reikės papildomų tyrimų, kad patvirtintų diagnozę, nustatyti naviko stadiją ir nustatyti tikslią jo vietą.

Žvelgiant į priekį

Knightas sakė, kad vis dar laukia daug iššūkių, nes jo komanda toliau tobulina šiuos pradinius stebėjimus į FDA patvirtintą vėžio diagnostinį testą. Daugiausia iš visų, jie turi patvirtinti savo išvadas daug didesnėje ir įvairesnėje pacientų populiacijoje, brangus užsiėmimas. Jie turi apibrėžti, kaip tarp daugelio galėtų atrodyti „sveikas“ kraujo mikrobų rodmuo, įvairūs žmonės. Jie taip pat norėtų nustatyti, ar mikrobų parašai, kuriuos jie gali aptikti žmogaus kraujyje, yra iš gyvų mikrobų, negyvi mikrobai arba negyvi mikrobai, kurie sprogo, išsklaidyti jų turinį -; įžvalga, kuri gali padėti jiems patobulinti ir patobulinti savo požiūrį.

Norėdami pagerinti kraujo mikrobų DNR rodmenis, atlikdami tolesnius veiksmus, kad gautumėte reguliavimo patvirtinimą, diagnostinio tyrimo komercializavimas ir klinikinis taikymas, „Knight“ ir „Poore“ pateikė patentų paraiškas ir įkūrė „spinout“ kompaniją „Micronoma“, su bendraautore Sandrine Miller-Montgomery, Daktaras, Jacobs inžinerijos mokyklos praktikos profesorius ir UC San Diego mikrobiomų inovacijų centro vykdomasis direktorius.

Naujausias tyrimas gali paskatinti svarbius pokyčius vėžio biologijos srityje, - sakė Poore.

"Pavyzdžiui, įprasta, kad mikrobiologai savo eksperimentuose naudoja daug užteršimo kontrolės priemonių, tačiau jie istoriškai buvo retai naudojami vėžio tyrimuose, "Tikėjomės, kad šis tyrimas paskatins būsimus vėžio tyrėjus būti" sąmoningais mikroorganizmais "."

Mokslininkai taip pat teigia, kad vėžio diagnostika gali būti tik pradžia naujai atrastam su vėžiu susijusiam kraujo mikrobiomui.

"Šis naujas supratimas apie tai, kaip mikrobų populiacijos keičiasi su vėžiu, gali atverti visiškai naują terapinį kelią, "Miller-Montgomery sakė." Dabar mes žinome, kad mikrobai yra, bet ką jie veikia? Ir ar galėtume manipuliuoti ar imituoti šiuos mikrobus, kad gydytume vėžį? "

• Mikrobiologinės DNR kraujo tyrimas gali įspėti apie vėžį
• Dieta turi įtakos išsėtinės sklerozės ligos eigai