Диагностировать рак за десять минут: это реально?

Cемь лет назад специалисты компании Illumina (занимается секвенированием ДНК) обнаружили нечто странное. У десяти из 125 000 беременных женщин, которым проводили пренатальный скрининг по выявлению пороков развития плода (например, синдрома Дауна), были неожиданные результаты — исследователи зафиксировали нетипичную ДНК. Самое примечательное, что «аномалии» была не у плода, а оказались не диагностированным раком у матерей. Причем рак был различных типов.

«Данный тест не предназначался для обследования на выявление онкологических заболеваний, — рассказывает Алекс Араванис, руководитель научно-исследовательского отдела в компании Illumina. — Но мы получили доказательства его новых возможностей».

Выявление на ранних стадиях, или замена скринингу

В 2016 году Illumina образовала дочернюю компанию Grail, в которой Араванис занял должность руководителя по научной работе. С бюджетом в полтора миллиона долларов, включая финансирование от одного из основателей Майкрософт Билла Гейтса и основателя Amazon Джеффа Безоса, компания должна была сфокусироваться на диагностировании различных типов рака с помощью простого анализа крови. В анализе исследуется бесклеточная плазма крови, которая позволяет выявить фрагменты так называемой внеклеточной циркулирующей опухолевой ДНК (цоДНК).

Смысл этого исследования прост: чем раньше обнаруживается рак (еще до появления симптомов), тем быстрее начинается лечение, а значит, меньше риск летального исхода. Сейчас врачи могут проводить скрининг рака молочной железы, толстой кишки и легких, но большинство типов рака все же диагностируется именно после появления симптомов.

Пока рано говорить о том, что анализ крови станет единственным способом выявления болезни, однако его неоспоримый плюс — в минимальной инвазивности. «Со временем простой анализ крови на выявление онкологических заболеваний сможет полностью заменить некоторые скрининговые обследования», — считает Жаклин Шоу, профессор в области трансляционной онкогенетики в Лестерском университете, изучающая цоДНК.

В последние годы метод цоДНК стал крайне привлекательным для исследований рака благодаря усовершенствованию процесса секвенирования ДНК. Именно он позволяет сканировать фрагментированную клеточную ДНК, указывающую на возможность рака. Сейчас ученые исследуют и другие биомаркеры на основе крови, но у цоДНК есть преимущество: количество внеклеточной циркулирующей опухолевой ДНК непосредственно указывает на опухоль. А значит, такой метод — так называемая жидкостная биопсия — перспективен для обследования и мониторинга пациентов на поздних стадиях заболевания.

Вообще самая трудная задача — это раннее выявление болезни. На начальных стадиях, когда опухоль небольшая, цоДНК определяется в крайне малых количествах. В то же время все женщины, у которых обнаружили рак специалисты Illumina, были на поздних стадиях заболевания.

Сейчас есть всего одна компания, делающая анализы крови на цоДНК — Epigenomics. Именно в ней в 2016 году впервые начали делать тест на выявление рака толстой кишки, основанный на биохимической модификации одного гена.

Быстрое и простое тестирование

Однако главная цель компании Grail — создать недорогой тест (не дороже 500 долларов), который бы определял рак различных типов с высокой степенью точности. Такой анализ мог бы сделать любой человек без участия медика. «Необходимо провести обширные исследования. Но мы уже достигли значительного прогресса», — говорит Ницан Розенфельд, научный сотрудник, изучающий цоДНК в Кембриджском институте исследования онкологических заболеваний.

Но откуда берется сам рак? Он появляется, когда нормальная клетка ДНК начинает мутировать и изменяться. С этого момента она приступает к бесконтрольному делению, что приводит к формированию опухолей. Часть клеток неминуемо погибает, «сбрасывая» генетический материал в кровоток, где он смешиваются с фрагментами ДНК от нормальных клеток.

В середине 90-х годов стало известно, что фрагменты ДНК, приводящие к мутациям и вызывающие рак, свободно циркулируют в крови пациентов, больных раком. Эти данные привлекли внимание Дениса Ло — сейчас он профессор медицины в Китайском университете Гонконга. Ему пришла в голову мысль, что «рак, развивающийся внутри пациента, напоминает ребенка в утробе матери». Основываясь на этом предположении, он исследовал утробные фрагменты ДНК в материнской крови и впервые разработал неинвазивные методы пренатального скрининга. Впоследствии вместе с другими учеными он стал изучать применение фрагментов цоДНК в ранней диагностике и мониторинге раковых заболеваний. В 2017 году произошло слияние его компании Cirina с Grail.

Однако они не единственные, кто исследуют жидкостную биопсию. Компания Guardant Health, которая оценивается в три с половиной миллиарда долларов, была основана в 2011 году и также находится в силиконовой долине. Недавно сфера ее деятельности расширилась, и теперь в ней занимаются разработкой анализа, позволяющего выявить четыре основных типа раковых заболеваний: рак молочной железы, колоректальный рак, рак легких и рак яичников.

Помимо этого ученые разрабатывают проекты для коммерческого использования. Так, в 2018 году исследователи из Школы медицины Джонса Хопкинса опубликовали детали разработки анализа крови, с помощью которого можно определить восемь типов рака — CancerSEEK. Еще одну идею представили ученые из Квинслендского университета — новый тест под названием methylscape, который за десять минут может обнаружить рак любого типа, правда, без указания его расположения.

Каждая из компаний разрабатывает свой способ обнаружения цоДНК. Тесты Grail и Guardant основаны на методе секвенирования бесклеточной ДНК. Они ищут мутации/увеличения количества хромосом или необычные биохимические отклонения, называемые эпигенетическими изменениями, характерные для ДНК раковых клеток. В компании Grail ведутся эксперименты по всем из перечисленных направлений, и пока неизвестно, какой из методов будет использоваться в конечном анализе. Анализ CancerSEEK направлен на поиск небольшого количества мутаций и маркеров белка, количественно увеличивающихся при определенных типах рака.

По всем этим методам есть публикации с результатами, подтверждающими наличие сигналов, связанных с раковыми заболеваниями. Они основаны на небольших исследованиях, в которых принимали участие около тысячи человек, болеющих раком на различных стадиях. Главная задача при разработке анализов — достижение высокой чувствительности теста и, соответственно, низкого процента ложноположительных результатов, чтобы избежать ненужной тревоги и бесполезных последующих действий.

Лучшие показатели пробной версии анализа Grail для выявления эпигенетических изменений колеблются от 80 % до 47 % для девяти типов рака (рак яичников, печени, лимфома, миеломная болезнь, рак поджелудочной железы, рак толстой и прямой кишки, рак пищевода, опухоли головы и шеи, рак легких). Определение рака молочной железы варьировалось от 56 % до 11 % в зависимости от типа. Количество ложноположительных результатов составило 2 %, причем Арванис считает, что этот показатель можно снизить до 1 %. «Используя единственный анализ, мы можем выявить большое количество смертоносных раковых заболеваний с высоким показателем специфичности», — комментирует он.

Чувствительность анализа CancerSEEK варьируется от 98 % для выявления рака яичников до 33 % для рака молочной железы. Количество ложноположительных результатов составило менее 1 %. Показатели теста Guardant составляют 71 % для выявления рака легких, 67 % для рака толстой и прямой кишки, ложноположительных результатов было выявлено менее 2 %. Анализ Methylscape выявляет наличие заболевания с точностью до 90 %, но количество ложноположительных результатов было выше: от 10 % до 15 %.

Скепсис коллег

Впрочем, не все разделяют оптимизм исследователей из описанных выше компаний. Элефтериос Диамандис, профессор клинической биохимии в Университете Торонто, сделал себе имя, критикуя идеи потенциально революционных открытий. Диамандис описывал в научной литературе свои сомнения и скепсис задолго до того, как СМИ поставили под сомнение достоверность анализов крови, сделанных молодой компанией Theranos. Впоследствии фирме и ее руководителю предъявили обвинение в мошенничестве.

В прошлом году Элефтериос с коллегой Клэр Фиалой опубликовали серию статей, в которых обсуждалась польза цоДНК при ранней диагностике раковых заболеваний. Расчеты показали, что опухоль, которую можно определить с помощью такого анализа крови, должна быть не менее сантиметра в диаметре, а в некоторых случаях и того больше. «Это довольно большая опухоль, — объясняет он. — И кажется маловероятным, что в стандартном анализе крови, который обычно составляет 10 миллилитров, окажется опухолевая ДНК меньшего размера. Ситуацию можно улучшить, взяв на анализ больше крови, но тогда процедура станет не такой безболезненной».

По мнению Диамандиса, анализы показали столь хорошие результаты, потому что тестирование проводилось на людях, которым уже диагностировали рак. «Если вы начнете проводить исследования среди общего населения, не обнаруживающего признаков заболевания, процент выявления будет существенно ниже, — убежден он. — Я довольно пессимистично настроен по поводу анализа methylscape в том виде, в котором он есть на данный момент».

В свою очередь группы исследователей и компании осознают, что нужно проводить исследования эффективности на людях, у которых не диагностировали рак. CancerSEEK возьмет анализ крови у 10 000 женщин, не обнаруживающих признаков заболевания, чтобы потом в течение пяти лет следить за их состоянием здоровья на предмет появления раковых заболеваний. В компании Grail также готовятся два долгосрочных исследования с охватом в 100 000 и 50 000 человек. «Эти масштабные клинические исследования представят нам доказательства нашего успеха», — говорит Араванис.

Также компании подчеркивают, что занимаются поиском наиболее агрессивных с клинической точки зрения опухолей, приводящих к высокому уровню смертности. И поэтому даже 10 % выявленных случаев раковых заболеваний — это лучше, чем ничего.

Араванис сомневается в целесообразности поиска опухолей на ранней стадии, которые могут быть медленно растущими и потенциально неважными. «Сможем ли мы выявить каждый случай ракового или предракового заболевания на ранней стадии или нет — является интересным научным вопросом. Но я не уверен, что это действительно важный клинический вопрос. В существующих на сегодняшний день программах скрининга мы постоянно боремся с ошибочными медицинскими заключениями», — объясняет он.

Другие ученые говорят о возможности ограничения подхода: в первую очередь надо взаимодействовать с людьми из групп риска и сконцентрироваться на тех типах рака, при которых о диагнозе узнаешь, как правило, слишком поздно. Тогда, возможно, появятся места, где можно улучшить текущую клиническую ситуацию. Диамандис Элефтериос не исключает возможности успеха данного метода с другими жидкостями — к примеру, мочой или выделениями из шейки матки — для выявления рака мочевого пузыря и яичников. Концентрация цоДНК может быть в данных случаях гораздо выше, потому что жидкости контактируют с опухолью или находятся в непосредственной близости от нее.

Самый важный вопрос — когда ожидать появления анализа крови, выявляющего различные типы рака, который можно было бы просто сдавать ежегодно? Ученые считают, что пройдет не менее пяти лет, прежде чем они будут обладать достаточными данными, доказывающими его эффективность. Затем понадобятся долгие дискуссии с законодателями и экономистами в сфере здравоохранения. Кажется, терпение — главная добродетель в деле борьбы с онкологическими заболеваниями.