リキッドバイオプシー研究
NGSによるリキッドバイオプシーにおけるバイオマーカーの研究
サイエンティストは、リキッドバイオプシーサンプルを使用して、血液中に存在するさまざまながん由来のバイオマーカーを検出し、特徴づけることができます。これらのバイオマーカーは、健康な人やがんのない人には存在しません。イルミナは、がんバイオマーカー研究のための革新的な次世代シーケンサー（NGS）リキッドバイオプシーソリューションを提供し、以下を解析します。
- 循環腫瘍細胞（CTC）
- セルフリーDNA（cfDNA）および血中循環腫瘍DNA（ctDNA）
- セルフリーRNA（cfRNA）および血中循環腫瘍RNA（ctRNA）
- 検出およびプロファイリングのための循環タンパク質
組織生検の限界
トランスレーショナルながんのクリニカルリサーチにおける組織バイオプシーの有用性には、次のようないくつかの課題があります。
- 関心のある組織へのアクセス不能
- 有資格医療従事者による専門的スキルの要件
- 繰り返し生検の侵襲性
- 腫瘍内および腫瘍間の不均一性の限定的な表現
- 重大な処置上のリスク、組織の質・量の不足、その他の要因により、患者が物理的バイオプシーに不適格である
循環腫瘍細胞（CTC）とは？
CTCとは、腫瘍から血流に排出される細胞のことです。複数の研究により、CTCは転移性の可能性があり、さまざまながんの種類において、アグレッシブまたは進行した疾患および予後不良と関連していることが示されています。CTCは、リキッドバイオプシーベースのがん特性評価のバイオマーカーとして機能することができますが、血流におけるその希少性（平均7.5 mLの血液中の1未満～50未満のCTC）は、検出と特性評価にとって大きな課題です。NGSベースのテクノロジーは、ハイスループット機能で低レベルのCTCを検出でき、がんスクリーニングと早期検出のためのエキサイティングなフロンティアを開拓しています。
一般的なCTCの分離方法には、次のようなものがあります。
- 上皮細胞接着分子（EpCAM）などの抗原発現に基づくCTCの濃縮
- 血液細胞や免疫細胞などの非CTCの枯渇
- 白血球除去
シングルセル分離とシングルセルシーケンス手法のテクノロジーの進歩により、ゲノム、トランスクリプトーム、エピゲノムレベルでシングルCTCの詳細な解析が可能になりました。リキッドバイオプシーとCTCのシングルセルシーケンスを組み合わせることで、腫瘍生物学に寄与する細胞の不均一性を解明することができます。
cfDNAのメチル化パターン
異常なメチル化パターンは、多くのがんの特徴です。DNAメチル化の変化は腫瘍形成の初期に起こり、その結果、ほとんどのゲノムが低メチル化し、CpGアイランドが高メチル化する状態になります。
このグローバルなメチル化パターンの切り替えは、ゲノムの不安定性およびがん抑制遺伝子の不活性化につながり、腫瘍の進行と転移を促進します。重要なことに、ctDNAのメチル化パターンが、起源の細胞／組織に存在するパターンを再現することが複数の研究で実証されています。これは、ctDNAメチル化のリキッドバイオプシー解析が、がんの早期検出、起源組織の解析、微小残存病変（MRD）のサーベイランス、治療反応のモニタリングなどに使用できることを示しています。
セルフリーRNA（cfRNA）および血中循環腫瘍RNA（ctRNA）
cfRNAは、血流に存在する複数の細胞タイプだけでなくがん細胞から放出されます。これらのctRNAは、リキッドバイオプシーによってアッセイできる可能性のあるバイオマーカーで、特定のがんの同定、がんの開始の検出、起源組織の解明、疾患の分子メカニズムの解明、治療反応のモニタリングなどを行います。
すべての細胞／組織で同一であるDNAとは異なり（遺伝的バリアントを除く）、RNAは動的に発現し、細胞タイプと組織間で差分的に発現します。これにより、ctRNAを使用してがんを検出し、体内での位置特定に利用できる可能性があります。RNA発現の多様性により、ctRNAを使用して、疾患の早期段階でがんのサブタイプを決定および分類することも可能になる場合があります。これは、同じ臓器または組織に関連するがんであっても、がん間の幅広い進行、治療オプション、予後を考慮すると重要です。
リキッドバイオプシーにおける短いRNAと長いRNA：がんに関するそれらのシーケンスと、そこから読み取れること
このオンデマンドのイルミナウェビナーでは、講演者が、リキッドバイオプシーサンプルから長鎖RNAまたは短鎖RNAをシーケンスするための方法論と、がん研究への影響について語っています。
2023年リキッドバイオプシーのeBook：リキッドバイオプシー研究のための循環腫瘍細胞、血中循環腫瘍DNA（ctDNA）、cfRNAシーケンス法
この20ページ以上にわたるeBookでは、NGSおよびマイクロアレイを使用したリキッドバイオプシーサンプルの詳細な特性評価のための発表済みの包括的なワークフローを紹介しています。
- リキッドバイオプシー検体の概要
- 循環腫瘍細胞（CTC）シーケンス、血中循環腫瘍DNA（ctDNA）メチル化プロファイリング、ctDNAシーケンス、セルフリーRNA（cfRNA）シーケンスの各ステップを概説した研究例、図、表
- アプリケーションノート、ダウンロード可能な使用方法ガイド、その他のリソースへのリンク
推奨される液体生検研究ソリューション
ゲノミクステクノロジーのリーダーとして、イルミナは、がん研究のためのリキッドバイオプシーの検体シーケンス用に検証された統合ワークフローと革新的なソリューションを提供します。
がん研究における液体生検についてもっと知りたい方はこちら
参考文献
- Plaks V, Koopman CD, Werb Z. Circulating tumor cells. Science. 2013;341(6151) 1186-1188. doi: 10.1126/science.1235226.
- Cristofanilli M, Budd GT, Ellis MJ, et al. Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. N Engl J Med. 2004351(8):781-791. doi: 10.1056/NEJMoa040766.
- Huang J, Wang L. Cell-free DNA methylation profiling analysis-technologies and bioinformatics. Cancers (Basel). 2019;11(11):1741. doi: 10.3390/cancers11111741.
- Luo H, Wei W, Ye Z, Zheng J, Xu R. Liquid biopsy of methylation biomarkers in cell-free DNA. Trends Mol Med. 2021;27(5):482-500. doi: 10.1016/j.molmed.2020.12.011.
- Warton K, Lin V, Navin T, et al. Methylation-capture and Next-Generation Sequencing of free circulating DNA from human plasma. BMC Genomics. 2014;15(1):476. doi: 10.1186/1471-2164-15-476.
- Kopreski MS, Benko FA, Gocke CD. Circulating RNA as a tumor marker: detection of 5T4 mRNA in breast and lung cancer patient serum. Ann NY Acad Sci. 2001;945:172-178.
- Perhavec A, Cerkovnik P, Novakovic S, Zgajnar J. The hTERT mRNA in plasma samples of early breast cancer patients, non-cancer patients and healthy individuals. Neoplasma. 2008;55(6):549-554.
- Castellanos-Rizaldos E, Zhang X, Tadigotla VR, et al. Exosome-based detection of activating and resistance EGFR mutations from plasma of non-small cell lung cancer patients. Oncotarget. 2019;10(30):2911-2920. doi: 10.18632/oncotarget.26885.