تحول در تشخیص سرطان با بیوپسی مایع ، اتوماسیون و هوش مصنوعی

در سال ۲۰۱۶، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) اولین آزمایش تشخیص سرطان با بیوپسی مایع را تأیید کرد. این آزمایش که با نام  cobas EGFR Mutation Test v2 شناخته می‌شود، از نمونه‌های پلاسما برای تشخیص زودهنگام سرطان استفاده می‌کند. که برای شناسایی جهش‌ها در دی.‌ان.‌ای آزاد تومور در جریان خون به کار می‌رود. به این ترتیب مشخص می‌شود آیا بیمار کاندیدای درمان با داروی Tarceva (ارلوتینیب) است یا خیر.

به طور سنتی، غربالگری و تشخیص سرطان از طریق انجام بیوپسی تومورهای جامد انجام می‌شود. اما بیوپسی‌های تومور جامد یک روش تهاجمی با نرخ بالای خطای انسانی هستند. ماهیت تهاجمی این بیوپسی‌ها ایمنی و راحتی بیمار را به خطر می‌اندازد. علاوه بر این، در مواردی که تومور قابل دسترسی نباشد، انجام بیوپسی‌ها امکان‌پذیر نیست و این امر پروفایلینگ و نظارت بر تومور را تقریباً غیرممکن می‌کند.

تأیید اولیه تشخیص سرطان با بیوپسی مایع ، آغازگر یک دوره جدید در زمینه آزمایش‌های سرطان بود. در ادامه قصد داریم به بررسی تشخیص سرطان با بیوپسی مایع بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

تشخیص سرطان با بیوپسی مایع: تحولی درتشخیص‌های غیرتهاجمی سرطان

مایعات بیولوژیکی، از جمله خون، ادرار، مایع نخاعی و بزاق، حاوی چندین مولکول زیستی با اهمیت بالینی هستند. غربالگری خون برای دی‌ان‌ای، آر.ان.ای، پروتئین‌ها، متابولیت‌ها و غیره نشان داده است که می‌تواند بینش‌های عمیق‌تری در سطح مولکولی از وقایع سلولی و وضعیت بیماری‌ها ارائه دهد.

مطالعات بالینی سرطان، دی‌ان‌ای آزاد شده توسط سلول‌های تومور در جریان خون را که به آن ctDNA (دی‌ان‌ای تومور در گردش) می‌گویند، تجزیه و تحلیل می‌کنند. با استفاده از دقت و صحت فناوری توالی‌یابی نسل بعدی (NGS)، محققان می‌توانند تغییرات ژنتیکی در تومورها و محیط میکروسکوپی آن‌ها را شناسایی کنند. تنها با استفاده از نمونه‌های خون که از یک نمونه ساده خون‌گیری به دست آمده است. به همین دلیل است که این روش به نام بیوپسی مایع شناخته می‌شود.

این آزمایش در کجا انجام شد؟

در سال ۲۰۱۶، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) اولین آزمایش تشخیص سرطان با بیوپسی مایع را تأیید کرد. بیوپسی مایع قادر به شناسایی تغییرات ژنتیکی و جهش‌هایی بود که در مطالعات پروفایل تومور شناسایی شده بودند. این روش حتی جهش‌های مرتبط با مقاومت به درمان را که بیوپسی‌های سنتی قادر به شناسایی آن‌ها نبودند، کشف کرد.

در این مطالعه، شرکت Guardant Health در کالیفرنیا یک آزمایش بیوپسی مایع (Guardant360) توسعه داد که از فناوری NGS برای تجزیه و تحلیل ctDNA از بیش از ۱۵,۰۰۰ بیمار با بیش از ۵۰ نوع تومور استفاده می‌کرد. آزمایش Guardant360 تغییرات در ۷۰ ژن مرتبط با سرطان را در همان توزیع و فرکانس مشاهده‌شده در مطالعات پروفایل ژنتیکی منتشرشده با استفاده از بیوپسی تومور جامد شناسایی کرد.

بر اساس نتایج دقیق و قوی به‌دست‌آمده از بیوپسی‌های مایع، محققان مرکز جامع سرطان دانشگاه کالیفرنیا دیویس مجموعه‌ای از نشانگرهای توموری را شناسایی کردند که می‌توانست به پزشکان در مورد پیشرفت سرطان در بیمارانشان اطلاع دهد و به توسعه درمان‌های شخصی‌شده کمک کند.

مزایای بیوپسی مایع در مقایسه با بیوپسی‌های سنتی

در ادامه به بررسی مزایای تشخیص سرطان با بیوپسی مایع خواهیم پرداخت.

۱- غیرتهاجمی بودن

 بر خلاف بیوپسی‌های تومور جامد که نیاز به جراحی یا سوزن‌گذاری دارند، بیوپسی مایع از نمونه خون، ادرار یا بزاق به‌دست می‌آید. این امر باعث کاهش ریسک‌های ناشی از روش‌های تهاجمی و افزایش راحتی بیمار می‌شود.

۲- قابلیت انجام مکرر

 بیوپسی مایع می‌تواند به‌طور مکرر انجام شود تا وضعیت تومور و تغییرات ژنتیکی آن تحت نظر قرار گیرد. بدون اینکه آسیب یا درد قابل توجهی به بیمار وارد شود.

۳- تشخیص زودهنگام

 بیوپسی مایع به تشخیص زودهنگام سرطان‌ها کمک می‌کند. حتی زمانی که تومور کوچک و  غیر قابل شناسایی از طریق روش‌های تصویربرداری است. به‌ویژه در سرطان‌های متاستاتیک یا در حال پیشرفت، این روش می‌تواند اطلاعات حیاتی در مورد جهش‌ها و تغییرات ژنتیکی تومور ارائه دهد.

۴- نظارت بر درمان

 بیوپسی مایع می‌تواند به‌طور مداوم وضعیت تومور و تغییرات در آن را رصد کند. این امکان به پزشکان کمک می‌کند تا واکنش تومور به درمان‌های مختلف را بررسی کرده و در صورت لزوم، درمان‌ها را به‌طور دقیق‌تر شخصی‌سازی کنند.

پیشرفت‌های فناوری و کاربردهای بیوپسی مایع

در حال حاضر جهت تشخیص سرطان با بیوپسی مایع ، استفاده از توالی‌یابی نسل بعدی (NGS) به عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارها مطرح است. که به تجزیه و تحلیل ژنتیکی دقیق‌تر می‌پردازد. این فناوری امکان شناسایی جهش‌های تک‌نوکلئوتیدی، حذف‌ها و اضافه‌ها، و تغییرات ساختاری در دی‌ان‌ای تومور را فراهم می‌آورد.

ارزیابی نشانگرهای زیستی با استفاده از بیوپسی مایع

یکی از مزایای اصلی تشخیص سرطان با بیوپسی مایع ، سهولت در جمع‌آوری و آماده‌سازی نمونه‌ها است. مایع بیولوژیکی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، خون است. نمونه‌های خون محیطی برای شناسایی مجموعه‌ای از نشانگرهای زیستی که فعالیت سلولی در بدن را نشان می‌دهند، مورد آزمایش قرار می‌گیرند. دی‌ان‌ای، آر.ان.ای، پروتئین‌ها، سلول‌های توموری در گردش، وزیکول‌های خارج‌سلولی و انواع مختلفی از مولکول‌های زیستی به‌عنوان نشانگرهایی برای رشد، پیشرفت تومور و پاسخ به درمان‌ها استفاده شده‌اند.

سلول‌های توموری در گردش

بیوپسی مایع ابتدا سلول‌های توموری در گردش (CTCs) را مورد بررسی قرار داد. این سلول‌ها توسط تومور به خون ترشح می‌شوند و از طریق خون یا لنف به مناطق دیگر بدن منتقل می‌شوند،. این سلول‌ها پتانسیل ایجاد متاستاز‌های دوردست را دارند.

CTCs در غلظت‌های بسیار پایین (< ۱۰ CTCs در هر میلی‌لیتر خون) در گردش هستند. حتی در سرطان‌های پیشرفته، تهاجمی و یا متاستاتیک. بنابراین برای جداسازی و تجزیه‌وتحلیل این سلول‌ها نیاز به فناوری‌های بسیار حساس است. همچنین، تنوع و تغییرات نشانگرهای CTC به‌دلیل عدم یکنواختی در میکرو محیط تومور قبل و در طول مراحل درمان، باعث می‌شود که شناسایی دقیق جمعیت CTC دشوار باشد.

اسیدهای نوکلئیک آزاد از سلول‌ها

یکی دیگر از نشانگرهای زیستی برای تشخیص سرطان با بیوپسی مایع ، دی‌ان‌ای آزاد از سلول‌ها  (cfDNA) است. این دی‌ان‌ای آزاد از قطعات دی‌ان‌ای تشکیل شده است که توسط سلول‌های در حال آپوپتوز یا نکروز یا توسط سلول‌های توموری در حال تکثیر (به نام ctDNA ) آزاد می‌شود. این سلول‌ها در خون (پلاسما و سرم)، ادرار، بزاق و مایع نخاعی پیدا می‌شوند. هم در بیماران سالم و هم در بیماران مبتلا به بیماری‌های خاص حضور دارد.

این ماده با تغییرات اپی‌ژنتیکی مانند متیلاسیون و جهش‌های somatic شناخته می‌شود و می‌تواند از اهمیت بالینی زیادی برخوردار باشد. نشانگرهای ctDNA برای شناسایی سرطان‌های دهانه رحم، پستان، پانکراس و چندین سرطان دیگر استفاده شده‌اند.

فرآیند رونویسی به‌طور طبیعی آر.ان.ای را در سلول‌ها تقویت می‌کند، که شناسایی آن را آسان‌تر می‌کند. انتخاب قطعات آر.ان.ای به‌عنوان نشانگرهای زیستی می‌تواند اطلاعات مستقیمی درباره فعالیت ژنی ارائه دهد.

پروتئین‌ها

نشانگرهای پروتئینی از دیرباز برای تشخیص و نظارت بر سرطان‌ها استفاده شده‌اند. به همین دلیل یکی از نشانگرهای مهم در تشخیص سرطان با بیوپسی مایع هستند. آنتی‌ژن خاص پروستات  (PSA) ، آنتی‌ژن کربوهیدرات ۱۲۵ (CA125) و آنتی‌ژن کربوهیدرات ۱۹-۹ (CA19-9) برای تشخیص و پیش‌آگهی سرطان‌های پروستات، تخمدان و پانکراس به‌ترتیب استفاده می‌شوند.

البته پیچیدگی پروتئوم‌ها در مایعات بیولوژیکی، ناهمگونی آن‌ها در میان انواع سرطان‌ها و تومورها، مزایای استفاده از نشانگرهای پروتئینی برای تشخیص زودهنگام سرطان را کاهش می‌دهد.

با این وجود، پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی‌های پروتئومیک مانند “آزمایش‌های پروتئین تک‌سلولی” و “میکروآرایه‌های پروتئینی” به دانشمندان این امکان را می‌دهند که پروتئین‌های موجود در مایعات بیولوژیکی را به‌طور دقیق‌تری شناسایی کنند. این پیشرفت‌ها می‌تواند به شناسایی نشانگرهای جدید سرطان کمک کند و همچنین مشکلات مربوط به تجزیه‌وتحلیل نمونه‌های پیچیده و متنوع مایعات بیولوژیکی را کاهش دهد.

وزیکول‌های خارج‌سلولی

وزیکول‌های خارج‌سلولی (EVs) که به‌ویژه برای ارتباط داخل‌سلولی و بارگیری مؤثر هستند، اطلاعات سلولی بالینی با اهمیتی را فراهم می‌کنند. این وزیکول‌ها به‌راحتی از مایعات بیولوژیکی جدا شده و برای استخراج دی‌ان‌ای، آر.ان.ای، پروتئین‌ها، لیپیدها و دیگر نشانگرهای احتمالی که وضعیت فیزیولوژیکی سلول‌های سالم و توموری را نشان می‌دهند، درمان می‌شوند. وزیکول‌های خارج‌سلولی نیز جزء نشانگرهایی بودند که برای تشخیص سرطان با بیوپسی مایع مورد استفاده قرار گرفتند.

چالش‌های موجود در تشخیص سرطان با بیوپسی مایع

با وجود مزایای قابل‌توجه، بیوپسی‌های مایع همچنان با چالش‌های زیادی روبه‌رو هستند. از آنجایی که نشانگرهای مولکولی بسته به نوع، زیرگروه و مرحله سرطان متغیر هستند، شناسایی، کمی‌سازی و استانداردسازی این نشانگرها می‌تواند گران، زمان‌بر و دشوار باشد.

بیوپسی‌های مایع آزمایش‌های پرهزینه‌ای هستند و به نیروی کار ماهر نیاز دارند. هزینه‌ها، تغییرپذیری ذاتی، کمبود منابع و داده‌های ناکافی از مطالعات بالینی برخی از موانع اصلی هستند که مانع از پذیرش کامل غربالگری سرطان غیرتهاجمی در محیط‌های بالینی شده‌اند. برای مداخله زودهنگام و کنترل سرطان‌زایی، محققان و آزمایشگاه‌ها به فناوری‌های بصری و هوشمند نیاز دارند تا بتوانند نمونه‌های بیشتری را غربالگری کنند، پایگاه‌های داده بسازند، روندها را پیش‌بینی و تجزیه‌وتحلیل کنند و درمان‌های دقیق و شخصی‌شده توسعه دهند. اتوماسیون بیوپسی‌های مایع ممکن است به آزمایشگاه‌های بالینی کمک کند تا با دقت و ایمنی بیمار، حجم بالای نمونه‌ها را پردازش کنند.

اتوماسیون و هوش مصنوعی در پیشبرد بیوپسی مایع

اتوماسیون می‌تواند حساسیت و مقیاس‌پذیری بیوپسی‌های مایع را بهبود بخشد و بهره‌وری آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و بالینی را افزایش دهد. با حمایت از مطالعات اعتبارسنجی و استانداردسازی و همچنین آزمایش‌های بالینی بزرگ‌تر، اتوماسیون می‌تواند غربالگری سرطان را برای بیماران مقرون‌به‌صرفه و در دسترس‌تر کرده و هم‌زمان برای ارائه‌دهندگان خدمات بهداشتی سودآور باشد.

استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (ML) برای تجزیه‌وتحلیل داده‌های پیچیده در بیوپسی مایع می‌تواند دقت تشخیص را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. این روش‌ها به پزشکان و محققان کمک می‌کنند تا الگوهای پیچیده در داده‌های بیماران را شناسایی کنند که به‌طور مستقیم به پیش‌بینی بهتر سرطان‌ها و انتخاب درمان‌های مؤثرتر منجر می‌شود.

جمع‌بندی

تشخیص سرطان با بیوپسی مایع یک روش نوآورانه و غیرتهاجمی است که به طور فزاینده‌ای به عنوان روش تشخیصی پیشرفته در زمینه سرطان شناخته می‌شود. این فناوری به جای استفاده از روش‌های تهاجمی بیوپسی تومورهای جامد، از مایعات بیولوژیکی مانند خون، ادرار یا بزاق برای شناسایی نشانگرهای زیستی استفاده می‌کند. بیوپسی مایع مزایای قابل توجهی از جمله سهولت در جمع‌آوری نمونه‌ها، کاهش خطرات برای بیمار، و امکان نظارت مداوم و دقیق‌تر بر پیشرفت بیماری و پاسخ به درمان‌ها دارد.

اما علی‌رغم پیشرفت‌های قابل توجه، بیوپسی مایع هنوز با چالش‌هایی مواجه است. مشکلاتی از جمله هزینه‌های بالا، پیچیدگی در استخراج و تحلیل داده‌ها، و عدم استانداردسازی فرآیندها از جمله موانع اصلی در کاربرد گسترده آن در محیط‌های بالینی هستند.

با این حال، اتوماسیون و هوش مصنوعی (AI) می‌توانند به‌عنوان راه‌حل‌هایی برای غلبه بر این چالش‌ها عمل کنند. با استفاده از این تکنولوژی‌ها می‌توان فرآیندهای بیوپسی مایع را بهبود بخشید و آن‌ها را به روشی مقرون به صرفه، سریع و دقیق تبدیل کرد.