リキッドバイオプシーの進歩により、血液サンプル中の循環腫瘍DNAの検出が容易になり、がんの早期診断や治療の指針となる可能性があります。がん患者の血流中に一時的に循環し、すぐに分解される死んだ細胞からのDNA、つまり腫瘍DNAを捉え出すことができる血液検査を開発した企業があります。しかし、常に循環している腫瘍DNAの量は非常に少なく、この微小なシグナルを検出するのに十分な感度を持つテストを開発することは困難でした。
MITとハーバード大学のブロード研究所の研究チームは、血流中の腫瘍DNAのクリアランスを一時的に遅らせることで、そのシグナルを大幅に増幅する方法を考案しました。研究者たちは、体が血流中の腫瘍DNAを除去する能力に一時的に干渉することができる「プライミングエージェント」と呼ばれる2種類の注射可能な分子を開発しました。マウスを用いた研究では、これらのエージェントがDNAレベルを十分に高め、早期の肺転移が検出可能な割合を10％未満から75％以上に跳ね上げることを示しました。
このアプローチにより、がんの早期診断だけでなく、治療をガイドするために使用できる腫瘍変異のより敏感な検出、およびがん再発の改善された検出が可能になるかもしれません。
サンギータ・バティア博士（Sangeeta Bhatia, MD, PhD）は、「血液採取の1時間前にこれらのエージェントのいずれかを投与することで、以前は見えなかったものが見えるようになります。これは、液体生検を行っている全員に、これまで以上に多くの分子を提供できることを意味します」と述べています。
バティア博士は、新しい研究の共同上級著者の一人であり、MITのジョン・アンド・ドロシー・ウィルソン健康科学技術教授および電気工学コンピュータ科学教授、MITのコッホ統合がん研究所および医学工学科学研究所のメンバーです。
バティア博士は、マサチューセッツ工科大学のレイモンド・A・アンド・ヘレン・E・セント・ローラン化学工学教授で、コッホ研究所およびMGH、マサチューセッツ工科大学、ハーバード大学のラゴン研究所のメンバーであるJ・クリストファー・ラブ博士、ブロード研究所のガースナー癌診断センター所長であるヴィクトール・アダルステインソン博士とともに、この新しい研究の上席著者の一人です。
MITのカルメン・マルティン＝アロンソ博士（Carmen Martin-Alonso, PhD）、ブロード研究所のポスドクであるシャーヴィン・タブリジ博士（Shervin Tabrizi, PhD）、およびブロード研究所の科学者であるカン・シオン博士（Kan Xiong, PhD）が、2023年1月19日号のScienceに掲載された論文の主要著者です。
この論文のタイトルは「Priming Agents Transiently Reduce the Clearance of Cell-Free DNA to Improve Liquid Biopsies」（「プライミングエージェントが一時的に細胞外DNAのクリアランスを減少させ、液体生検を改善する」）です。
液体生検は、血液サンプル中の少量のDNAを検出することで、多くのがん患者において治療をガイドするための変異を同定するために現在使用されています。しかし、これらのテストの感度を高めることができれば、はるかに多くの患者に役立つようになるかもしれません。
液体生検の感度を向上させるためのほとんどの努力は、血液が採取された後に使用される新しいシーケンシング技術の開発に焦点を当ててきました。
液体生検をより有益にする方法を模索する中で、バティア、ラブ、アダルステインソンおよびその研修生たちは、サンプルが採取される前に患者の血流中のDNA量を増加させることを試みるアイデアを思いつきました。
「腫瘍は常に新しい細胞外DNAを作り出しており、それが私たちが血液採取で検出しようとしているシグナルです。しかし、既存の液体生検技術は、血液のチューブに集める材料の量によって限定されています。この作業が介入するのは、採取される同じ小さなサンプル内で収集可能なシグナルの量を増やすか強化するために、事前に何かを注射することを考えることです。」とラブ博士は言います。
体は血流中のDNAを除去するために2つの主要な戦略を使用しています。DNasesと呼ばれる酵素が血液中を循環し、遭遇したDNAを分解します。一方、マクロファージと呼ばれる免疫細胞は、血液が肝臓を通過する際に細胞外DNAを摂取します。
研究者らは、これらのプロセスのそれぞれを別々に対象とすることにしました。DNasesによるDNAの分解を防ぐために、循環するDNAに結合し、それを酵素から保護するモノクローナル抗体を設計しました。
「抗体は既に確立されたバイオ医薬品モダリティであり、がんや自己免疫疾患の治療を含む様々な疾患の文脈で安全です。この種の抗体を使用して、循環中のヌクレアーゼによる一時的な分解からDNAを保護し、そうすることで、腫瘍が分解されるよりもわずかに速くDNAを生成し、血液採取中の濃度を増加させるバランスを変えることができるかどうかというのがアイデアでした。」とラブ博士は言います。
彼らが開発したもう一つのプライミングエージェントは、細胞外DNAの摂取をブロックするために設計されたナノ粒子です。これらの細胞は合成ナノ粒子を摂取する傾向がよく知られています。
「DNAは生物学的ナノ粒子であり、肝臓の免疫細胞が合成ナノ粒子を摂取するのと同様にこれを摂取している可能性があると考えました。そして、それが実際にそうであることが判明しました。その場合、私たちは安全なダミーナノ粒子を使用してこれらの免疫細胞をそらし、循環するDNAをそのままにしておくことができ、それによってより高い濃度で存在することができると考えました」とバティア博士は言います。
腫瘍の早期発見
研究者らは、肺に腫瘍を形成する傾向があるがん細胞を移植されたマウスを使用して、これらのプライミングエージェントが血液サンプルで回収される循環腫瘍DNAの量を最大60倍まで増加させることができることを示しました。
血液サンプルが採取された後、現在の液体生検サンプルで使用されている同じ種類のシーケンシングテストを通して処理することができます。これらのテストは、腫瘍DNAを選び出し、腫瘍の種類を決定し、最適な治療法を決定するために使用される特定のシーケンスを含むことができます。
これらのプライミングエージェントによるがんの早期検出は、もう一つ有望な応用例です。研究者らは、ナノ粒子プライミングエージェントを血液採取前にマウスに与えた場合、低がん負荷のマウスの75％の血中で循環腫瘍DNAを検出できたことを発見しましたが、このブーストなしでは検出可能なものはありませんでした。
「がん液体生検検査の最大の障壁の一つは、血液サンプル中の循環腫瘍DNAの希少性でした。これまでに達成できた効果の大きさを見て、これが患者にどのような影響を与える可能性があるかを想像するのは励みになります。」とアダルステインソン博士は言います。
プライミングエージェントのいずれかが注射された後、DNAレベルが血流中で増加するのに1〜2時間かかり、その後約24時間で正常に戻ります。
「これらのエージェントの活動が数時間以内にピークに達し、その後迅速にクリアされる能力は、誰かが医者のオフィスに行って、このようなエージェントを受け取り、その後、自分自身でテストのために血液を提供することができるということを意味します。すべてが一度の訪問で行われます。この特徴は、この概念を臨床使用に翻訳する可能性によく合っています。」とラブ博士は言います。
研究者たちは、Amplifyer Bioという会社を立ち上げ、この技術をさらに開発し、臨床試験に進むことを計画しています。
「血液のチューブは、大腸内視鏡検査のスクリーニングやマンモグラフィーさえもよりアクセスしやすい診断方法です。最終的に、これらのツールが本当に予測可能であれば、がんのインターセプションまたはより良い治療から利益を得ることができる多くの患者をシステムに取り込むことができるはずです。」とバティア博士は述べています。
