Einblicke in die Biomedizin Offener Zugang

Abstrakt

Überwachung zirkulierender zellfreier Tumor-DNA mittels Flüssigbiopsie und Identifizierung von Krebsgenvariationen für eine präzise Diagnostik

Michael J. Powell

Derzeit klinisch verfügbare molekulare Tests zum Nachweis von Nukleinsäurevariationen, insbesondere jene, die an zirkulierender zellfreier Nukleinsäure in biologischen Flüssigkeiten wie dem Blutplasma von Patienten durchgeführt werden, haben eine begrenzte Empfindlichkeit. Um eine hohe Empfindlichkeit zum Nachweis von nur wenigen Zielmolekülen (mutierte Allele) in einem großen Überschuss von Nicht-Zielmolekülen (Wildtyp-Allele) zu erreichen, werden in großen klinischen Forschungszentren anspruchsvolle Methoden eingesetzt, die teure Geräte, hoch qualifiziertes Personal und in einigen Fällen intensive rechnergestützte Bioinformatikmethoden wie Digital-Droplet-PCR (ddPCR), BEAMing-PCR und Next Generation Deep Sequencing (NGS) erfordern. Die begrenzte Verfügbarkeit, die hohen Kosten und die langen Analysezeiten dieser Methoden haben uns dazu veranlasst, eine neue Technologie zu entwickeln, die weltweit von vorhandenem Pathologiepersonal mit Geräten durchgeführt werden kann, die bereits in jedem Pathologielabor eines Krankenhauses vorhanden sind. Das Herzstück dieser innovativen Technologie sind neue molekulare Nukleinsäureanaloga: Xenonukleinsäuren (XNA), die alle in DNA vorkommenden natürlichen Basen besitzen und an ein neuartiges chemisches Rückgrat angehängt sind, das diese oligomeren Nukleinsäure-Bindemoleküle mit höchster Spezifität und extrem hoher Bindungsaffinität für komplementäre Zielsequenzen bindet. Jede Variation in der Sequenz, an die die XNA bindet, erzeugt eine Anomalie der differenziellen thermodynamischen freien Bindungsenergie, die genutzt wurde, um auf Zielamplifikation basierende Echtzeit-qPCR und extrem hochempfindliche NGS- und Bead-basierte Hybridization-Capture-Assays zu entwickeln, die nur 2 Kopien von Variantenvorlagen in einem großen Überschuss von Wildtypvorlagen in DNA erkennen können, die aus Gewebebiopsien oder plasmazirkulierender zellfreier DNA (cfDNA) gewonnen wurde. Zu den kommerziellen CE/IVD-zertifizierten Produkten, die entwickelt und validiert wurden, gehören genspezifische QClampTM-Tests auf Echtzeit-qPCR-Basis, ein neuer Dickdarmkrebs-Erkennungstest namens ColoScapeTM, eine hochempfindliche, auf Amplikonen basierende Ziel-NGS-Plattform namens OptiSeqTM und eine Multiplex-Ziel-Amplikon-Hybridisierungserfassungstechnologie zur Überwachung von Arzneimittelsensibilisierung und Resistenzmutationen bei Krebspatienten. In dieser Präsentation werden diese neue bahnbrechende Technologie und die damit verbundenen Möglichkeiten für Präzisionsdiagnostik und gezielte Therapien besprochen.