液体活检:从生物液中阅读疾病迹象
液体活检是一种新型诊断工具，可从血液和脑脊液等各种生物液体中寻找疾病迹象。与组织活检相比，液体活检易于抽血，脑脊液抽取相对容易，因此被誉为诊断和监测疾病进展以及评估治疗反应的微创方法。液体活检通过检测血液或脑脊液中的核酸、蛋白质、细胞和细胞外囊泡(细胞内容物包)来工作。液体活检通过分析这些生物分子的性质，可以深入了解疾病特征。例如，在癌症的背景下，这包括检测生长的实体肿瘤脱落的生物分子进入循环，即血液。这包括循环肿瘤来源的无细胞DNA (cfDNA)和肿瘤来源循环肿瘤细胞(ctc)．cfDNA可能存在肿瘤中的突变。如果确定了一个可操作的驱动突变，这可以建议潜在的治疗途径，如酪氨酸激酶抑制剂对抗酪氨酸激酶突变驱动肿瘤发生。
一颗冉冉升起的新星:液体活检首次出现在肿瘤诊所
在2022年9月对PubMed的搜索中，使用了“液体活检获得了约10,550个点击量，其中约7,260个或69%是在过去5年发表的。因此，在广泛的学科范围内，它是一项快速发展的技术。癌症应用占主导地位，但在其他几个医学领域也在进行积极的研究，包括产前测试在生殖医学领域，病原体检测而且宿主细胞传染病的相互作用自身免疫性疾病，仅举几个例子。此外，在癌症中检测cfDNA的液体活检甚至已经进入了医学界诊所．几种肿瘤源性cfDNA的液体活检诊断检测已被美国食品和药物管理局(FDA)批准作为检测各种疾病的伴随诊断癌症和他们的相应的可操作突变．因此，液体活检有望对患者的临床护理做出重大贡献，特别是在肿瘤领域。
用液体活检改变癌症检测和治疗的现状
用液体活检改变癌症检测和治疗的现状
肿瘤液体活检:先进的方法
尽管液体活检在癌症生物学中已广泛用于检测cfDNA，包括fda批准的乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和非小细胞肺癌的检测，但研究仍在继续扩大可适应肿瘤和技术的范围。
在过去的十年里，安德鲁·k·戈德温堪萨斯大学(KU)医学中心病理与检验医学系基因组学诊断学教授兼部门主任，堪萨斯大学癌症中心副主任，一直在开发液体活检平台，以分析肿瘤脱落的各种物质，以改善患者护理。戈德温的工作在基础科学研究和临床领域之间架起了“死亡之谷”的桥梁。“在转化医学还未被认可为一个研究领域之前，我就参与了它。我职业生涯的一个主要焦点是分子评估患者样本，以帮助指导他们的治疗，主要是在癌症方面。我寻求能够加强早期发现、促进诊断和监测疾病负担和治疗反应的方法。液体活检是实现这些目标的特殊工具，”戈德温解释了他研究背后的动机。
“当液体活检首次出现时，他们检测到ctc，然后进化到观察其他循环模型，如cfDNA，现在是最近的无细胞RNA。cfDNA的液体活检检测已经出现爆炸式增长，当组织活检无法进行时，它可以寻找肿瘤突变，”戈德温继续说。除了他广泛的工作cfDNA在过去的十年里，戈德温对细胞外囊泡产生了兴趣。“毫无疑问，cfDNA是一种很好的肿瘤生物标志物。然而，我的理念是，通过检查肿瘤脱落的额外物质，我们可以从液体活检的综合方法中获得更多的信息，例如细胞外囊泡“细胞外囊泡是由细胞释放的膜结合包，表达与其起源细胞相关的各种表面标记，并携带从rna，蛋白质和代谢物等货物。“细胞外囊泡可以作为癌症生物标志物，基于其表面和货物含量。例如，它们可以携带蕴含肿瘤突变的mRNA或与肿瘤病理生理相关的生物分子。我们还可以利用它们早期癌症检测，诊断，确定肿瘤侵犯而且耐药性，及监控治疗反应戈德温解释道。
此外,古德温的实验室而且的同事们正在开发微流体平台来分离循环癌症生物标志物，包括cfDNA或细胞外囊泡．微流控设备由微米大小的通道和腔室组成，通过快速操纵小体积液体来执行分析。“微流控平台为分离生物标志物提供了许多优势，因为它们将捕获或富集步骤(即cfDNA或细胞外囊泡)与分子分析和/或定量步骤结合起来，这可以在芯片上进行。因此，他们简化了分析过程，”戈德温描述该技术。
“微流体的另一个重要好处是能够在小体积下工作，因此只需要少量的患者生物流体样本。我们最近演示了使用微流控设备在仅2微升的血浆中检测外泌体的可行性卵巢癌患者戈德温解释了这项开创性的研究。卵巢癌很难在早期发现。它被称为窃窃私语的癌症，表现出女性往往会忽视的症状。不幸的是，它通常在诊断时广泛存在，使其难以治疗和预后差。血浆分析卵巢癌患者与10个年龄匹配的对照组相比，表达叶酸受体α的细胞外囊泡可能作为早期检测和进展的生物标志物。
戈德温和他的研究团队也在研究液体活检在癌症治疗中的潜力尤文氏肉瘤家族肿瘤，简称ESFT。ESFT是一种骨骼或软组织癌症，分子特征为染色体易位EWS-ETS。“虽然EWS-ETS易位是ESFT的一种强有力的分子诊断方法，不幸的是，它需要对肿瘤进行组织活检，这可能是痛苦的或难以接近的。液体活检可以提供一个潜在的解决方案。我们可以检测到EWS-ETS信使核糖核酸来自细胞外囊泡的细胞模型，最近，证明了a的力量细胞外囊泡中的蛋白质组学特征诊断ESFT，”戈德温解释说。
戈德温继续推进他的研究，进行纵向研究，以评估液体活检在高危人群中早期检测的效用，如在乳腺癌易感基因1而且BRCA2突变运营商。“我可以设想一种快速而灵敏的液体活检检测，用于筛查卵巢癌风险增加的女性，”他谈到最终目标时说。“技术推动科学，这项测试最终可能会以即时检查的形式进行，患者在进行年度检查时可以直接获得结果。”
冻干:分子诊断学的未来
冻干:分子诊断学的未来
器官损伤的液体活检:为推广平台铺平道路
尽管癌症生物学和肿瘤学领域已经包含了大量的液体活检研究，但仍有研究追求扩大在其他领域的应用。“液体活检在广泛的诊断应用中是有用的。除了癌症，液体活检还可以用于监测器官损伤，这是我们非常感兴趣的领域。我维因·德·弗拉明克他是康奈尔大学生物医学工程教授。“器官损伤可能会发生移植在传染性或免疫相关疾病和并发症。液体活检方法在监测器官损伤方面具有几个优点。一是微创，对患者的不适感小，可纵向应用。其次，通过利用分子技术来表征和量化受损器官释放到生物液中的cfDNA分子，液体活检可以以一种非靶向的形式应用。”
具体来说，德·弗拉明克和他的团队根据不同的分子特征确定了cfDNA来自哪个器官。器官损伤是各种疾病过程中常见的现象。坏死的或凋亡的受损器官的细胞将cfDNA泄漏到循环中，我们检测并分析，产生了大量关于受影响组织和器官的信息。终末期器官衰竭或血液病癌症患者移植后可能发生器官损伤。感染会引发炎症反应，从而导致器官损伤。”
在早期的工作中，De Vlaminck证明了供体来源的cfDNA可以在器官接受者的血浆中识别心而且肺移植。在这两种情况下，纯化的cfDNA被测序以量化归因于器官供体的部分，这与组织活检的宿主排斥反应呈正相关。器官接受者接受免疫抑制方案，以降低移植排斥的风险，不幸的是，这会增加患者对感染的易感性。事实上，非人类cfDNA中存在巨细胞病毒、疱疹病毒和腺病毒序列，表明可能感染。“最近我们报道了一个综合液体活检平台检测异基因造血细胞移植受者血液恶性肿瘤的cfDNA。我们利用cfDNA甲基化特征来追踪组织来源，确定受体中的器官特异性损伤，并分析供者-受体cfDNA的部分来评估移植物排斥反应。同时，我们鉴定了肿瘤源性cfDNA的突变来评估癌症复发，并进行了cfDNA宏基因组分析来评估感染，”De Vlaminck解释说。对来自27名造血细胞移植受者的170份血浆样本的分析发现，移植后一个月内固体器官来源的血浆cfDNA升高，表明有广泛的器官损伤，与移植物抗宿主病(移植物抗宿主病是受者偶见的一种免疫并发症)相关。此外，先前的研究结果得到了重复，供体cfDNA分数较高预示着移植物排斥反应，并且可以检测到病毒感染和癌症复发。
另一个重点是De Vlaminck实验室是传染病导致的器官损伤“我们对肾移植受者的尿液样本进行了研究，样本中有细菌或病毒尿路感染．当然，正如预期的那样，我们使用尿cfDNA的宏基因组分析来检测感染因子。然而，与此同时，我们也发现甲基化的cfDNA特征表明病毒和细菌诱导的尿路感染患者的肾和膀胱组织损伤，”De Vlaminck在研究中总结道。
新型基于代谢的液体活检的合同制造
De Vlaminck和他的团队还利用他们基于cfDNA甲基化特征的液体活检平台来监测器官损伤，作为感染严重程度的替代品COVID-19病人．“在流感大流行很明显，需要诊断工具来评估COVID-19感染的严重程度，重点是患者的状态，”De Vlaminck讨论了他进行这项研究的动机。“因此，我们调查了来自COVID-19患者的血浆样本中器官损伤的cfDNA特征，以及来自其他病毒感染患者和健康对照的样本。“具有甲基化特征的cfDNA提示肺、肝和红细胞祖细胞损伤，与严重的COVID-19有关。总cfDNA与世界卫生组织疾病进展序数量表相关，在插管患者中显著升高。
De Vlaminck认为液体活检中cfDNA所包含的信息在研究中非常有用，并最终应用于临床。“我们的目标是建立一个可推广的液体活检平台，以定量和精确定位器官损伤。这将是一种微创、快速、无针对性的诊断工具，可以在一次测试中全面了解患者器官损伤情况。”
在过去的几年里，液体活检已经迅速从研究领域发展到临床，作为cfDNA在癌症中的伴随诊断。然而，研究继续扩大适用于液体活检的肿瘤来源物的范围，有可能获得更多的信息。此外，研究人员在癌症以外的领域寻求液体活检平台，以扩大在医学上的潜在应用。
