Broad研究所的新技术改进了血液癌症DNA检测

MAESTRO使研究人员能够以更低的成本更有效地追踪患者血液样本中数千种罕见的DNA突变。

　　

由麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所、丹娜-法伯癌症研究所和哈佛医学院的研究人员领导的一个团队，已经开发了一种新方法，可以通过最小的测序准确、高效地识别患者血液样本中的数千个DNA突变。这种被称为MAESTRO的方法有一天能够检测出接受治疗的患者体内残留的癌症，提醒医生疾病复发的时间更早，而且成本比目前的技术更低。

“在临床样本中发现罕见突变的能力在生物医学和诊断的许多领域都很有用，”Broad研究所Gerstner癌症诊断中心副主任、共同资深作者Viktor Adalsteinsson解释说。“目前的技术需要大量的测序来发现低丰度的DNA片段，而MAESTRO足够敏感，只需100倍的测序就能发现数千个突变。”

这项研究发表在本周的《自然生物医学工程》杂志上，其他共同资深作者包括Broad研究所所长，丹娜-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)和哈佛医学院(Harvard Medical School, HMS)教员Todd Golub和丹娜法伯癌症研究所的Michael Makrigiorgos。

寻找癌症DNA

在一名癌症患者的体内，肿瘤细胞会将一些DNA片段释放到血液中——这些片段带有明显的突变，表明它们来自患病组织。但血液样本中的任何肿瘤DNA都只是漂浮在健康遗传物质海洋中的一小部分。准确地检测这种数量稀少的DNA是一个挑战，特别是在寻找癌症治疗后留下的少量肿瘤细胞(称为“微小残留病”，或MRD)时。

Adalsteinsson说:“我们看到了对更高灵敏度的需求。我们的团队一直在研究一些技术来解决这个问题。”

该团队此前已经成功地通过扫描数百个癌症突变，从血液样本中检测出少量残留的癌症DNA。扫描数千个突变可以进一步提高MRD的检出率，但这通常需要大量的测序来提供准确的结果。MAESTRO是“通过识别寡核苷酸进行小等位基因富集测序”的缩写，是一种更有效的检测低频突变的方法。

MAESTRO是如何工作的

为了使用MAESTRO，研究人员首先对患者的肿瘤活检进行排序，以了解突变的情况。有了这些信息，他们就可以制造出专门的分子探针，这些探针将只与肿瘤相关的DNA序列结合。科学家们将分子探针添加到血液样本中的细胞游离DNA中，然后冲洗掉任何未结合的DNA，使测序仪能够从样本中挑选出罕见的癌症突变。

在这项研究中，MAESTRO在检测数百个低丰度突变时表现得和传统的测序方法一样好，在需要更少资源的情况下发现了大多数突变。此外，MAESTRO使团队能够以低成本将搜索增加到10,000个突变，极大地提高了检测结果。

研究人员还重新检查了使用他们早期方法分析的患者样本。利用MAESTRO，他们从每一个被检测的血液样本中发现了更多的突变，增强了癌症治疗后MRD的检测。

“MAESTRO在单一协议中结合了深度和广度的优势，”Makrigiorgos说。“这开启了更早检测MRD的可能性，或者识别出癌症中循环DNA的可能性很小。”

“这个项目是一个很好的提醒，新方法可以使DNA测序更加强大，”Golub补充说。“看到MAESTRO如何影响基础发现，以及未来的临床护理，将是令人兴奋的。”

展望未来，该团队正在继续构建一套技术，以降低成本和提高癌症检测的敏感性，以便可能需要额外治疗以防止复发的患者可以更快被发现。