Nowe technologie w detekcji biomarkerów: przyszłość diagnostyki raka płuca

Rak płuca pozostaje jedną z głównych przyczyn zgonów nowotworowych na świecie. Jego heterogenność i złożone mechanizmy regulacyjne stanowią istotne wyzwanie diagnostyczne i terapeutyczne. Immunoterapia, szczególnie inhibitory punktów kontrolnych układu odpornościowego (ICIs) celujące w PD-1, PD-L1 oraz CTLA-4, zrewolucjonizowała leczenie onkologiczne. Jednakże wykorzystanie immunohistochemii (IHC) do oznaczania ekspresji PD-L1 jako biomarkera predykcyjnego jest ograniczone przez zmienność jakości przeciwciał, heterogenność wewnątrzguza oraz brak jednolitych progów dodatniości.

Biopsja płynna (LB) staje się obiecującą alternatywą – umożliwia minimalnie inwazyjne, dynamiczne i kompleksowe profilowanie biomarkerów nowotworowych we krwi obwodowej. Artykuł ten analizuje zastosowanie biopsji płynnej w kierowaniu immunoterapią raka płuca, ze szczególnym uwzględnieniem krążących komórek nowotworowych (CTC), egzosomów oraz biomarkerów białkowych. Autorzy omawiają obecne wyzwania i perspektywy dalszego rozwoju tej technologii.

Zastosowanie technologii biopsji płynnej w diagnostyce i prognozowaniu raka płuca

Biopsja płynna umożliwia wykrycie wielu biomarkerów, takich jak CTC, krążące DNA nowotworowe (ctDNA), pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) oraz białka nowotworowe, dostarczając molekularnych informacji o dynamice guza w czasie rzeczywistym. Mimo zalet, LB zmaga się z problemami takimi jak niska liczebność CTC, wysoka heterogenność oraz brak standaryzacji. Rozwój technologii mikroprzepływowych i nanotechnologii poprawia czułość i swoistość – np. cytometria przepływowa z fluorescencją czy wzbogacanie z użyciem nanocząstek.

Rola krążących komórek nowotworowych (CTC)

CTC, uwalniane z guza pierwotnego lub przerzutów do krwiobiegu, stanowią wartościowe markery monitorowania progresji nowotworu oraz odpowiedzi na leczenie. Ich wykrycie i charakterystyka dostarczają informacji o heterogenności guza i mikrośrodowisku immunologicznym. Ekspresja PD-L1 na CTC koreluje z wynikami immunoterapii, a zmiany liczby CTC mają wartość prognostyczną. Analizy multi-omikowe pojedynczych komórek CTC pomagają zrozumieć mechanizmy ucieczki immunologicznej i oporności na leczenie. Wciąż jednak brakuje ustandaryzowanych metod izolacji i czułych technik detekcji – szczególnie dla wczesnych stadiów choroby.

Egzosomy w biopsji płynnej w raku płuca

Egzosomy – nanoskalowe pęcherzyki zawierające białka, kwasy nukleinowe i lipidy – odgrywają istotną rolę w komunikacji międzykomórkowej i modulacji odpowiedzi immunologicznej w nowotworach. Egzosomy nowotworowe wykazują często właściwości immunosupresyjne, np. ekspresję PD-L1 prowadzącą do wyczerpania limfocytów T. Z kolei egzosomy pochodzące z komórek prezentujących antygeny mogą stymulować odpowiedź immunologiczną. Zaawansowane metody detekcji – jak spektroskopia Ramana wspomagana uczeniem maszynowym czy czujniki oparte na rezonansie transferu energii fluorescencyjnej – wykazują wysoką skuteczność w wykrywaniu biomarkerów egzosomalnych, ale kliniczne wykorzystanie utrudnia brak standaryzacji metod izolacji i złożoność zawartości egzosomów.

Białkowe biomarkery w biopsji płynnej

Ekspresja PD-L1 na CTC, egzosomach i komórkach jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC) stanowi uzupełnienie klasycznej immunohistochemii. Ultraczułe technologie LB, jak biosensory elektrochemiczne czy obrazowanie pojedynczych cząsteczek wspomagane kryształami fotonicznymi, pozwalają na detekcję niskostężeniowych białek, np. CEA czy CYFRA21-1. Innowacje te oferują wysoką swoistość i czułość, wspomagając wczesną diagnostykę i monitorowanie leczenia. Integracja danych o biomarkerach białkowych z innymi technikami omikowymi umożliwia holistyczną ocenę biologii guza.

Wyzwania i kierunki rozwoju

Biopsja płynna wymaga standaryzacji procedur, poprawy czułości detekcji rzadkich biomarkerów oraz ostrożnej obsługi próbek. Technologie sztucznej inteligencji (AI) mają potencjał w analizie złożonych danych LB, optymalizacji doboru biomarkerów oraz zwiększeniu dokładności diagnostycznej. Połączenie LB z biopsją tkankową i analizami multi-omikowymi może zniwelować ograniczenia pojedynczych metod. Konieczne jest również ujednolicenie próbkowania w czasie i współpraca międzylaboratoryjna.

Biopsja płynna stanowi przełomowe narzędzie w wczesnej diagnostyce, dynamicznym monitorowaniu i personalizacji leczenia raka płuca. Wykorzystując CTC, egzosomy i biomarkery białkowe, dostarcza w czasie rzeczywistym minimalnie inwazyjnych informacji o biologii nowotworu i odpowiedzi na immunoterapię. Pomimo obecnych ograniczeń, integracja zaawansowanych metod detekcji i analiz wspomaganych AI przybliża LB do rutynowego zastosowania klinicznego, poprawiając rokowania pacjentów i wspierając rozwój medycyny precyzyjnej w onkologii.

Źródło: Xia & He Publishing Inc., Oncology Advances
DOI: 10.14218/OnA.2024.00030