Epidemiologia nowotworów
W Polsce, nowotwory złośliwe stanowią rosnący problem zdrowotny, społeczny i ekonomiczny. Liczba nowych zachorowań wynosi około 170 tysięcy, a liczba zgonów przekracza 100 tysięcy. Obecnie ponad 1,17 miliona Polaków żyje z chorobą nowotworową. W drugiej dekadzie XXI wieku szacuje się, że co roku na każde 100 tysięcy osób w populacji polskiej diagnozowano nowotwór u około 440 osób, a ponad 3 tysiące żyło z chorobą nowotworową zdiagnozowaną w ciągu ostatnich 10 lat. Częstość występowania nowotworów wzrasta wykładniczo wraz z wiekiem, zwiększając się 10-krotnie co dwie/trzy dekady życia. Nowotwory są drugą najczęstszą przyczyną zgonów w Polsce, odpowiadając za około ćwierć wszystkich zgonów. Liczba zachorowań i zgonów z powodu nowotworów zwiększyła się około 2,5 razy od połowy lat 60. XX wieku. Wśród mężczyzn najczęstszym nowotworem jest rak gruczołu krokowego, a wśród kobiet rak piersi. Również nowotwory jelita grubego występują często u obu płci.
Choroba onkologiczna, będąca jednym z najpoważniejszych problemów zdrowotnych na świecie, generuje ogromne napięcia, zarówno dla jednostki, jak i społeczeństwa. Dla pacjenta, diagnoza „raka” niesie ze sobą strach i niepewność, a dla lekarza – wyzwanie zaprojektowania najbardziej skutecznego planu leczenia. W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy na całym świecie przeprowadzili szereg badań mających na celu lepsze zrozumienie nowotworów, rozwijanie skuteczniejszych metod diagnostycznych i ulepszanie terapii. Przez ten czas zauważalny był gwałtowny postęp w dziedzinie onkologii, jednak mimo to, potrzeba ciągle nowych rozwiązań. Jednym z najbardziej obiecujących jest płynna biopsja.
Czym jest płynna biopsja?
Płynna biopsja w onkologii jest odpowiednikiem klasycznej biopsji, z tą różnicą, że materiał genetyczny do analizy pobierany jest z krwi pacjenta a nie bezpośrednio z guza.
Płynna biopsja to nowatorska metoda detekcji biomarkerów nowotworowych, które można odnaleźć bezpośrednio w płynach biologicznych (np. krwi obwodowej).
Materiał do badań może pochodzić z kilku źródeł:
- Wolnokrążące komórki nowotworowe (circulating tumor cells – CTCs). Są to komórki nowotworowe, które oderwały się od guza i trafiły do krwiobiegu pacjenta, wykrywane w różnych typach nowotworów, zasadniczo w późniejszych etapach rozwoju procesu nowotworowego, w nowotworach złośliwych. Mają mniejsze zastosowanie we wczesnej diagnostyce, większe jako marker predykcyjny i przy doborze leków celowanych.
- Wolnokrążące DNA (cfDNA – circulating free DNA) analiza tego rodzaju materiału jest możliwa, ponieważ wszystkie komórki, w tym komórki raka, kiedy giną, uwalniają do krwioobiegu materiał genetyczny. Materiał genetyczny uwalniany jest z komórek nowotworowych, podlegających procesom apoptozy i nekrozy (śmierci komórkowej). Są to małe fragmenty DNA, zwane wolnym, wolnokrążącym lub wolnocyrkulującym DNA (ctDNA, ang. cell-free circulating tumor DNA). Co więcej, stężenie wolnokrążącego DNA nowotworowego we krwi chorego wzrasta wraz ze wzrostem nowotworu. Sugeruje to, że prosty pomiar poziomu ctDNA we krwi pacjenta może zostać wykorzystany do określania stopnia zaawansowania choroby nowotworowej oraz monitorowania skuteczności terapii.
Analiza wolnokrążącego DNA, wyizolowanego z osocza krwi, może także umożliwić wykrycie i scharakteryzowanie choroby nowotworowej na bardzo wczesnym etapie, zanim możliwe byłoby jej wykrycie innymi metodami diagnostycznymi. Ponadto może on służyć jako marker predykcyjny oraz źródło tzw. płynnej biopsji do oceny stopnia zaawansowania procesów neoplastycznych i monitorowania przebiegu leczenia.
- Wolnokrążący RNA (cfRNA)
Uwalniany do krwioobiegu podobnie jak DNA, w procesie nekrozy i apoptozy komórek nowotworowych. Od kilkunasty lat szczególne zainteresowanie wzbudza frakcja wolnokrążącego mikro-RNA (cfmiRNA) – krótkich cząsteczek (ok. 22-nukleotydowe), które są mogą być specyficzne dla różnych typów nowotworów. - Egzosomy
Egzosomy to małe, okrągłe pęcherzyki, zawierające min. białka, RNA, DNA, miRNA i metabolity, uwalniane min. przez komórki nowotworowe i wykrywane w krwi obwodowej pacjenta.
Przewaga płynnej biopsji nad biopsją tradycyjną (chirurgiczną)
- Nieinwazyjność – prostota pobrania próbki (tj, próbka krwi żylnej). pacjent nie musi przechodzić przez stres i dyskomfort związane z tradycyjnymi procedurami biopsji. Może być również przeprowadzana wielokrotnie, co pozwala na monitorowanie postępów choroby w czasie rzeczywistym i dostosowywanie planu leczenia w zależności od odpowiedzi pacjenta.
- Tradycyjna biopsja jest niemożliwa w przypadku licznych przerzutów do różnych organów,
- Możliwość wykrycia nowotworu na bardzo wczesnym etapie (1 faza rozwoju w przypadku większości nowotworów)
- Nieinwazyjność płynnej biopsji umożliwia jej wielokrotne wykonywanie w trakcie leczenia (monitorowanie terapii)
- Płynna biopsja jest w stanie uchwycić heterogeniczność guza w znacznie większym stopniu niż tradycyjna biopsja tkankowa. Oznacza to, że może dostarczyć więcej informacji na temat różnych mutacji genetycznych, które mogą występować w różnych częściach tego samego guza.
- Materiał z biopsji tradycyjnej (chirurgicznej) jest najczęściej uszkodzony wskutek utrwalania przy użyciu formaliny i zabezpieczania w parafinie. Materiał z płynnej biopsji jest dobrej jakości i pozwala na analizę metodą NGS.
Spersonalizowana Medycyna
Spersonalizowana medycyna, znana również jako medycyna precyzyjna, to paradygmat, który stawia na czele indywidualność pacjenta. Zakłada on, że terapie powinny być dostosowywane do specyficznych cech pacjenta, w tym jego profilu genetycznego. W tym kontekście, płynna biopsja może przynieść ogromne korzyści.
Warunkiem zastosowania najskuteczniejszego dostępnego leczenia jest wykonanie profilowania molekularnego nowotworu. Może być wykonane zarówno tradycyjną jak i płynną biopsją. Dostępne są bazy danych gromadzące informacje o patogennych wariantach genów, powiązanych z procesami nowotworzenia, np. SANGER Institute COSMIC – Katalog Mutacji Somatycznych w Nowotworach (ang. Catalogue of Somatic Mutations In Cancer). Poznając profil genetyczny nowotworu można optymalnie dopasować leczenie na podstawie znanych leków do indywidualnych potrzeb pacjenta. Podstawowe bazy danych to:
- COSMIC – https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic
- CIVIC – https://civicdb.org/home
- The Cancer Genome Atlas – https://cancergenome.nih.gov
Metody diagnostyki molekularnej
Zaawansowane metody diagnostyki molekularnej otworzyły drzwi dla leczenia personalizowanego w raku piersi, umożliwiając zidentyfikowanie zmian genetycznych w różnych ścieżkach sygnałowych.
Umożliwiło to stworzenie molekularnej klasyfikacji raka piersi, z takimi typami jak: luminalny A, luminalny B, HER-dodatni, potrójnie ujemny TNBC, basal-like oraz TNBC z niską ekspresją klaudyny. Niemniej jednak, personalizowane leczenie raka sutka wciąż polega na ocenie dobrze znanych i szczegółowo opisanych markerach immunohistochemicznych, takich jak receptory estrogenowe i progesteronowe oraz amplifikacja HER2.
Przykładowo, obecność receptorów estrogenowych to kryterium kwalifikacji pacjentek do leczenia hormonalnego z użyciem leków takich jak tamoxifen, raloxifen, letrozol, anastrozol. Z kolei, około 20% pacjentek z rakiem piersi ma amplifikację HER2, co sugeruje reakcję na leki celowane na blokowanie nadekspresji HER2, takie jak trastuzumab (lub herceptyna), lapatinib i pertuzumab.
W leczeniu raka jelita grubego, przeciwciała monoklonalne skierowane przeciwko receptorowi dla epidermalnego czynnika wzrostu (EGFR), takie jak panitumumab czy cetuximab, mogą być stosowane w leczeniu przerzutów.
Natomiast w terapii pacjentów z czerniakiem z obecnością mutacji aktywującej V600E genu BRAF, lekami z wyboru są inhibitory BRAF takie jak vemurafenib i dabrafenib.
Jeżeli chodzi o podścieliskowy nowotwory żołądka (GIST), zarówno w przypadkach z mutacją aktywującą protoonkogeny KIT lub PD-GFRA w komórkach guza, jak i w sytuacjach, gdy te mutacje nie występują, stosowanie inhibitora kinazy tyrozynowej – imitinibu, jest standardem terapeutycznym.
Nowotwór płuc również korzysta z metod leczenia personalizowanego. Dzięki odkryciu obecności mutacji aktywujących w genach kodujących kinazy tyrozynowe: EGFR oraz gen ALK, możliwe stało się zahamowanie „wiodącej” molekularnej ścieżki w rozwoju niedrobnokomórkowego raka płuc. Dla pacjentów z niedrobnokomórkowym rakiem płuca z mutacją aktywującą domenę kinazy tyrozynowej geny BRAF, stosuje się gefitinib oraz erlotynib.
Poniżej przykłady profilowania molekularnego i skutecznego leku celowanego:
Nowotwór piersi – leki celowane molekularnie
| Gen | Wariant | Nazwa substancji czynnej (leku) | Dodatkowe informacje | Występuje w europejskim standardzie leczenia (wg ESMO)? |
| PIK3CA | H1047R E545K | Lapatynib | Lapatynib jest inhibitorem wewnątrzkomórkowych domen kinazy tyrozynowej dwu receptorów komórek nowotworowych: czynnika wzrostu naskórka (EGFR, ErbB-1) oraz ludzkiego czynnika wzrostu naskórka HER2/neu (ErbB-2). | TAK |
| ERBB2 | L755S R678Q D769H L755P T798M L638S V773L K753E | Lapatynib | Zahamowanie aktywności tych kinaz przez lapatynib prowadzi do zahamowania podziałów komórkowych i do apoptotycznej śmierci komórki nowotworowej. | TAK |
| PIK3CA | H1047R | Ewerolimus | Ewerolimus jest inhibitorem sygnału proliferacji. Poprzez zahamowanie aktywności kinazy mTOR ogranicza podziały komórek nowotworowych oraz obniża poziom białek HIF i VEGF w nowotworze lub jego środowisku, zahamowując rozwój unaczynienia guza. | TAK |
| STK11 | F354L | Ewerolimus | j.w. | TAK |
| ESR1 | Y537S Y537N Y537C S463P E380Q L536R | Palbociclib | Palbociclib jest wysoce selektywnym, odwracalnym inhibitorem kinaz zależnych od cyklin (CDK) 4 i 6, które regulują wzrost i podział komórek. Lek ten, podawany wraz z inhibitorami aromatazy lub fulwestrantem, stosowany w hormonoterapii przeciwnowotworowej, zmniejsza zdolność komórek nowotworowych do namnażania. | TAK |
| PIK3CA | H1047R E545K C420R K111N I391M | Kadcyla (trastuzumab emtanzyny) | Lek ten zbudowany jest z dwu połączonych ze sobą składników czynnych: rekombinowanego, humanizowanego przeciwciała monoklonalnego IgG1, łączącego się specyficznie z domeną IV pozakomórkowej części receptora HER2 oraz DM1 — substancji toksycznej, zabijającej komórki w czasie ich podziałów i wzrostu. Preparat jest stosowany do leczenia raka sutka z przerzutami, przy którym stwierdzono nadekspresję HER2. W kombinacji z innymi chemioterapeutykami istotnie zmniejsza ryzyko nawrotu choroby i zwiększa stopień odpowiedzi na leczenie. | TAK |
| ERBB2 | V777L | Kadcyla (trastuzumab emtanzyny) | j.w. | TAK |
| ERBB2 | L755S P780INS V842I V777L G309A R678Q R896C L755W D769H D769Y L869R T798I | Neratynib | Neratynib jest inhibitorem kinazy tyrozynowej, który blokuje enzymy odpowiedzialne za wzrost komórek. Neratynib przyłącza się do białek HER na komórkach nowotworowych i blokuje ich działanie, powstrzymując wzrost komórek i zapobiegając nawrotowi nowotworu. | TAK |
Nowotwór jelita grubego – leki celowane molekularnie
| Gen | Wariant | Nazwa substancji czynnej (leku) | Dodatkowe informacje | Występuje w europejskim standardzie leczenia (wg ESMO)? |
| BRAF | V600E | Regorafenib | Regorafenib jest inhibitorem kinazy białkowej. Blokuje działanie kinaz tyrozynowych VEGFR2-TIE2, które odgrywają istotną rolę w rozwoju układu naczyń krwionośnych, zaopatrujących guzy nowotworowe, oraz we wzroście i rozwoju komórek nowotworowych. Hamując dopływ krwi do guza zapobiega wzrostowi i rozwojowi komórek nowotworowych | TAK |
| KRAS | G13D G12V G12D G12C G12A G12R G12S | Regorafenib | j.w. | TAK |
| PIK3CA | E542K | Regorafenib | j.w. | TAK |
| FBXW7 | R505C R505H G579W R658Q | Regorafenib | j.w. | TAK |
| KRAS | brak mutacji w kodonach 12, 51, 59, 117 i 146 | Cetuksymab | Cetuksymab jest chimerycznym przeciwciałem monoklonalnym IgG1, skierowanym swoiście przeciwko receptorowi nabłonkowego czynnika wzrostu (EGFR). Blokuje wiązanie endogennych ligandów EGFR, powodując zahamowanie czynności receptora. Szlaki przekazywania sygnałów EGFR związane są z kontrolą przeżycia komórek, progresją cyklu komórkowego, angiogenezą, migracją komórek i przerzutowaniem komórek. | TAK |
| NRAS | brak mutacji w kodonach 12, 13, 59, 61 i 117 | Cetuksymab | j.w. | TAK |
| BRAF | brak mutacji V600E | Cetuksymab | j.w. | TAK |
| BRAF | brak mutacji V600E | Panitumumab | Panitumumab jest rekombinowanym, ludzkim przeciwciałem monoklonalnym IgG2, wykazującym duże powinowactwo i specyficzność wobec ludzkiego receptora EGFR, znajdującego na powierzchni niektórych komórek, i blokującym jego działanie. W wyniku tego procesu komórki nowotworu przestają otrzymywać sygnały przekazywane przez EGFR, niezbędne do namnażania się i rozprzestrzeniania się nowotworu do innych części ciała. Panitumumab powoduje zahamowania wzrostu komórek nowotworowych, indukcję apoptozy oraz zmniejszonej produkcji interleukiny 8 i czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego. | TAK |
| KRAS | brak mutacji w kodonach 12, 13, 59, 51, 117 i 146 | Panitumumab | j.w. | TAK |
| NRAS | brak wariantu kodonach 12, 13, 59, 61 i 117 | Panitumumab | j.w. | TAK |
Podsumowanie
Onkologia personalizowana przynosi nowe nadzieje dla pacjentów z nowotworami. W ciągu ostatnich lat, naukowcy zgromadzili ogromną ilość wiedzy na temat funkcjonowania komórek nowotworowych. Zrozumieli, że komórki nowotworowe, z różnych powodów, utraciły swoją naturalną równowagę metaboliczną, co prowadzi do ich niekontrolowanego rozmnażania. Stąd powstała koncepcja terapii celowanej molekularnie, która stara się przywrócić równowagę w komórkach nowotworowych. W ostatnich latach pojawiły się nowe leki celowane uzależnione od poznania wariantu genetycznego nowotworu. Terapia celowana molekularnie polega na wykorzystaniu leków, które celują w specyficzne mechanizmy komórkowe, które są nieprawidłowe w komórkach nowotworowych. Te leki są projektowane tak, aby działać tylko na komórki nowotworowe, minimalizując wpływ na zdrowe komórki. Wiele z nich działa poprzez blokowanie specyficznych receptorów na powierzchni komórek nowotworowych, które są odpowiedzialne za nieprawidłowe funkcje komórkowe.
Terapia celowana molekularnie jest obiecującą strategią leczenia nowotworów. Ważne jest jednak, aby pamiętać, że każdy nowotwór jest inny, a każdy pacjent jest indywidualny. Leczenie musi być dostosowane do konkretnego pacjenta, a to wymaga dokładnej oceny genetycznej i profilowania molekularnego.
Płynna biopsja, dzięki swoim innowacyjnym technikom sekwencjonowania i możliwościom oferowanym przez medycynę spersonalizowaną, wyznacza nowe standardy w diagnostyce i terapii nowotworów. Jest to podejście nowe i wciąż rozwijające się, ale obfituje w obiecujące możliwości. Płynna biopsja może przynieść wiele korzyści, od zmniejszenia ryzyka związanych z inwazyjnymi procedurami, poprzez poprawę efektywności terapii, aż po poprawę jakości życia pacjentów.
Literatura:
The dawn of the liquid biopsy in the fight against cancer. Dominguez-Vigil IG et al., 2017, Oncotarget, Vol. 8, str 291-2922
Clinical Validation of a Size-Based Microfluidic Device for Circulating Tumor Cell Isolation and Analysis in Renal Cell Carcinoma.
Leitão TP, Corredeira P, Kucharczak S, Rodrigues M, Piairo P, Rodrigues C, Alves P, Cavaco AM, Miranda M, Antunes M, Ferreira J, Palma Reis J, Lopes T, Diéguez L, Costa L. Int J Mol Sci. 2023 May 7;24(9):8404. doi: 10.3390/ijms24098404.
Clinical Evidence of Circulating Tumor DNA Application in Aggressive Breast Cancer.
El Hejjioui B, Bouguenouch L, Melhouf MA, El Mouhi H, Bennis S. Diagnostics (Basel). 2023 Jan 27;13(3):470. doi: 10.3390/diagnostics13030470.
The potential of liquid biopsy in the management of cancer patients. Markou A, Tzanikou E, Lianidou E. Semin Cancer Biol. 2022 Sep;84:69-79. doi: 10.1016/j.semcancer.2022.03.013. Epub 2022 Mar 21.
Diagnostic value of liquid biopsy in the era of precision medicine: 10 years of clinical evidence in cancer. Caputo V, Ciardiello F, Corte CMD, Martini G, Troiani T, Napolitano S. Explor Target Antitumor Ther. 2023;4(1):102-138. doi: 10.37349/etat.2023.00125. Epub 2023 Feb 28.
Circulating Tumor DNA and Minimal Residual Disease (MRD) in Solid Tumors: Current Horizons and Future Perspectives. Peng Y, Mei W, Ma K, Zeng C. Front Oncol. 2021 Nov 18;11:763790. doi: 10.3389/fonc.2021.763790. eCollection 2021.
Heterogeneous mutation pattern in tumor tissue and circulating tumor DNA warrants parallel NGS panel testing. Guo Q, Wang J, Xiao J, Wang L, Hu X, Yu W, Song G, Lou J, Chen J. Mol Cancer. 2018 Aug 28;17(1):131. doi: 10.1186/s12943-018-0875-0
Using circulating cell-free DNA to monitor personalized cancer therapy. Oellerich M, Schütz E, Beck J, Kanzow P, Plowman PN, Weiss GJ, Walson PD. Crit Rev Clin Lab Sci. 2017 May;54(3):205-218. doi: 10.1080/10408363.2017.1299683. Epub 2017 Apr 10.
A field guide for cancer diagnostics using cell-free DNA: From principles to practice and clinical applications. Volckmar AL, Sültmann H, Riediger A, Fioretos T, Schirmacher P, Endris V, Stenzinger A, Dietz S. Genes Chromosomes Cancer. 2018 Mar;57(3):123-139. doi: 10.1002/gcc.22517. Epub 2017 Dec 20.
Artykuł został opracowany wraz z Centrum Badan DNA: https://cbdna.pl/
