Genetická analýza a personalizovaná medicína v onkológii

Onkologické ochorenia sú genetické ochorenia, pretože sú spôsobené zmenami génov, ktoré riadia spôsob, akým fungujú naše bunky, najmä ako rastú a delia sa. Tieto genetické zmeny môžu byť zdedené od našich rodičov (germinálne mutácie), alebo môžu vzniknúť počas života človeka v dôsledku chýb, ktoré sa vyskytujú pri delení buniek, alebo v dôsledku vystavenia environmentálnym vplyvom (somatické mutácie). Nahromadenie genetických zmien prispieva k transformácii normálnych buniek na rakovinové bunky aktiváciou onkogénov (génov, ktoré podporujú rast a prežitie buniek), alebo inaktiváciou génov supresorov nádorov (génov, ktoré normálne bránia rastu buniek, alebo spôsobujú ich smrť). Zjednodušene, aktivovaný onkogén si možno predstaviť ako nohu šoféra na plynovom pedáli, ktorý ženie auto (nádorovú bunku) nekontrolovateľne vpred. Supresorový gén slúži v zdravom organizme ako správne naprogramovaná brzda. Ak sa táto brzda inaktivuje, zlyháva riadenie a jazda autom sa dostáva spod kontroly. 

Nie všetky nádorové ochorenia sú zdedené. Väčšina onkologických ochorení je spôsobená genetickými zmenami, ktoré sa udiali počas života človeka. Hlbšie poznanie genetickej podstaty onkologických ochorení vedie k účinnejším stratégiám prevencie, diagnostiky a liečby, vrátane cielených terapií, ktoré špecificky riešia genetické odchýlky prítomné v nádoroch. 

Nositeľom genetickej informácie je nukleová kyselina DNK 

DNK  (deoxyribonukleová kyselina) je veľmi zložitá molekula uložená v jadre bunky. Pozostáva z malých stavebných blokov nazývaných nukleotidy, ktoré sú usporiadané do špecifického poradia,  ako keby to boli písmená v slove. Poradie nukleotidov (A, T, C, G) v géne určuje štruktúru proteínov. Štruktúra proteínu potom určuje jeho funkciu. Každá bunka tela obsahuje kópiu celého genómu a používa ho na riadenie svojich životných funkcií, ako je rast vývoj a fungovanie organizmu. 

Gén predstavuje jedinečnú sadu biologických inštrukcií zakódovaných v molekule DNK, ktoré riadia tvorbu špecifických proteínov. Tieto proteíny sú kľúčové pre všetky bunkové funkcie, vrátane štruktúry, regulácie a funkcie hormónov a enzýmov aj metabolizmu. Tvorba a zloženie proteínov je určované poradím nukleotidov (A, T, C, G) v géne, štruktúra proteínu potom určuje jeho funkciu. Rozhodnutie o tom, či je daný gén aktívny a riadi tvorbu proteínov, je prísne kontrolované podľa poslania a potrieb bunky. Zároveň musí byť bunka schopná reagovať na signály prichádzajúce z okolia. Mutácie (alebo zmeny v inštrukciách) génu môžu viesť k zmenám v tvorbe proteínov, s potenciálnym vplyvom na zdravie a vznik chorôb. 

Genóm je súhrn všetkých génov. Je ako „príručka“ pre stavbu organizmu. Každá bunka tela obsahuje kópiu celého genómu, ale na riadenie svojho životného poslania využíva iba tie časti genómu, ktoré potrebuje k plneniu svojej funkcie v organizme. Zjednodušene, ak je gén receptom na upečenie koláča alebo navarenie výborného obeda, genóm je kuchárskou knihou. Obsahuje recepty na tvorbu všetkých proteínov v organizme. A podľa toho, či ide o tvorbu svalov alebo kostí, sa aktivujú gény potrebné na tvorbu daného orgánu. Teda z kuchárskej knihy sa vyberie správny recept a upečie sa potrebný koláč.  

Genóm určuje vlastnosti organizmu, ako je farba vlasov, očí, ale aj zdravie a náchylnosť k určitým chorobám. V niektorých prípadoch sa môžu v genóme vyskytnúť chyby alebo zmeny, nazývané mutácie. Tieto mutácie môžu mať rôzne dôsledky, od neškodných po vážne ochorenia. Preto je dôležité pochopiť, ako funguje genóm a ako môžu rôzne faktory ovplyvniť jeho správnu riadiacu funkciu. 

Genetická analýza nádorových ochorení

Genetická analýza zahŕňa komplexnú analýzu DNK (deoxyribonukleová kyselina) nádorových buniek s cieľom identifikovať jedinečné genetické mutácie a zmeny, pochopiť, ako sa správajú a prečo rastú nekontrolovateľne. Táto technológia revolučne zmenila personalizovanú starostlivosť v onkológii tým, že umožňuje prispôsobiť stratégiu liečby presne podľa charakteristiky nádoru. Pomáha identifikovať konkrétne genetické zmeny alebo mutácie, ktoré môžu riadiť rast nádoru.

Presnejšia definícia mutácií pomôže lepšie prispôsobiť liečebné plány a presnejšie zacieliť na rakovinové bunky. Jednoducho povedané, je to ako keď detektívi hľadajú stopy na mieste zločinu, aby pochopili, ako bol zločin spáchaný. Genetická analýza pomáha pochopiť, čo sa deje s bunkami a ako je možné ich správanie ovplyvniť.

Často pozorované genetické zmeny 

Mutácie: Zmeny v sekvencii nukleotidov v DNK (deoxyribonukleová kyselina) génu, ktoré môžu viesť k zmene funkcie génu alebo k tvorbe nových onkogénnych proteínov. 

Zmeny v počte kópií:  Zmeny v počte kópií konkrétneho génu, ktoré môžu zvýšiť alebo znížiť funkciu génu a následne aj produkovaného proteínu. 

Génové fúzie: novovytvorené spojenie dvoch oddelených génov s rôznou funkciou, vedie k vzniku nového proteínu, ktorý môže podporovať progresiu nádoru. 

Epigenetické zmeny: Modifikácie, ktoré menia aktivitu génu, bez zmeny sekvencie DNK a ovplyvňujú správanie nádorových buniek. 

Cielená liečba

Úloha génovej analýzy v personalizovanej medicíne

Identifikácia konkrétnych genetických zmien v nádoroch génovou analýzou umožňuje výber cielenej liečby, čo výrazne zvyšuje účinnosť liečby a minimalizuje vedľajšie účinky. Tento prístup znamená zásadný odklon od tradičných liečebných metód ako chemoterapia či rádioterapia a ponúka personalizovanú, na mieru šitú cestu v liečbe nádorových ochorení.

Cielená, alebo presná medicína je založená na genetickej analýze a znamená prispôsobenie liečby individuálnym charakteristikám každého pacienta podľa genetického profilu jeho nádoru. Genetická analýza identifikuje riadiace centrum nádoru. Pod precíznou liečbou rozumieme snahu zasiahnuť toto riadiace centrum presne zamierenou strelou. 

Genetická analýza nádoru môže identifikovať konkrétne genetické mutácie, ktoré riadia rast nádorov, predpovedá odpoveď na určité druhy liečby nádorov.

Princíp fungovania cielenej liečby ukazuje názorné video National Cancer Institut (Národného inštitútu pre rakovinu): 

Ako monoklonálne protilátky liečia rakovinu. 

Zverejňujeme s povolením National Cancer Institut 

Využitie personalizovanej liečby na základe génovej analýzy v rôznych typoch nádorov: 

Chronická myeloidná leukémia: Identifikácia génovej mutácie, ako je Philadelphský chromozóm v prípade chronickej myeloidnej leukémie, viedla k rozmachu celej skupiny nových liekov, ako sú inhibítory tyrozínkinázy. Prvý liek v tejto skupine, imatinib (Gleevec) navodí vymiznutie ochorenia u viac ako 90 % pacientov s touto diagnózou.  Je to prvý úspech použitia cielenej liečby na blokovanie presne definovanej genetickej poruchy, presne definovaného génu BCR-ABL.

Karcinóm prsníka: Identifikácia amplifikácií génu HER2 alebo mutácií PIK3CA umožňuje cielenú voľbu liečby, presne zameranú na tieto genetické zmeny.

Prítomnosť mutácie génu BRCA u pacientiek s karcinómom prsníka a vaječníka môže naznačovať, že pacientka bude odpovedať na liečbu inhibítormi PARP, ktoré využívajú defekty v mechanizmoch opravy DNK.

Karcinóm pľúc: Detekcia mutácií EGFR s následnou liečbou inhibítormi mutovaného génu. Rovnako v prípade zmeny v géne ALK a ROS1 nastupuje ich cielená blokáda s vysokým percentom pozitívnych odpovedí.

Podobne testovanie pre expresiu PD-L1 u pacientov s adenokarcinómom pľúc

môže pomôcť určiť, aká je pravdepodobnosť, že pacient bude odpovedať na inhibítory imunitných kontrolných bodov, ako je napríklad monoklonálna protilátka pembrolizumab.

Melanóm: Prítomnosť mutácií BRAF ukazuje na vysokú pravdepodobnosť pozitívnej odpovedi na liečbu inhibítormi BRAF a MEK. 

Kolorektálny karcinóm: Analýza mutácií KRAS, NRAS a BRAF pomáha určiť vhodnosť terapií zameraných na blokádu génu EGFR. 

Porovnanie génovej analýzy podľa zdroja DNK 

Dnes najčastejšie využívame dva zdroje pre získanie vzorky nádorovej DNK (deoxyribonukleová kyselina). Môžeme ju získať buď priamo z tkaniva nádoru alebo z voľne cirkulujúcej DNK v krvi. Obidve metódy majú svoje výhody aj nevýhody. 

DNK nádoru pochádza priamo z tkaniva nádoru, získava sa pomocou biopsie alebo chirurgických vzoriek. 

Cirkulujúca DNK nádoru (ctDNK) sa uvoľňuje z buniek nádoru do krvného obehu a je zistená ako voľná DNK (cfDNK) v plazme. 

Získavanie materiálu na vyšetrenie

Odber DNK nádoru zvyčajne vyžaduje invazívny postup, s možnými rizikami a záťažou pre pacienta.

Cirkulujúcu ctDNK možno získať jednoduchým minimálne invazívnym odobratím krvi, pre pacientov bezpečnejšou alternatívou. 

Informácia o nádorovej rôznorodosti 

DNK nádoru z jednej biopsie nemusí celkom presne odrážať genetickú diverzitu v nádore alebo medzi metastázami. 

ctDNK môže zachytiť širšie spektrum mutácií z viacerých miest nádoru, čo potenciálne poskytuje komplexnejší pohľad na nádorovú heterogenitu. 

Časová dynamika

DNA nádoru poskytuje genetická snímka v čase biopsie alebo chirurgického zákroku, ktorý nemusí odrážať zmeny v priebehu času. 

Pomocou ctDNK môžeme sledovať profily mutácií. Môžu byť sledované v priebehu času, poskytujúc poznatky o reakcii na liečbu, mechanizmoch odolnosti a priebehu ochorenia. 

Senzitivita a špecificita 

Detekcia konkrétnych mutácií DNK nádoru je obvykle veľmi špecifická, ale môže sa líšiť vo svojej senzitivite v závislosti od typu a lokalizácie nádoru. 

ctDNK môže mať nižšiu špecificitu v dôsledku prítomnosti nenádorovej cfDNA a vyžaduje si vysokú citlivosť techniky na detekciu nízkofrekvenčných mutácií od nádoru.

Problémy pri implementácii

Hoci genetická analýza poskytuje hlboké poznatky o biológii nádorov, naďalej sa boríme s celou škálou problémov, ako je zložitosť genetiky nádorov, potreba expertného vyhodnotenia výsledkov, dostupnosť a náklady na komplexné genetické testy. 

Etické a ochranné úvahy 

Využívanie genetických údajov otvára dôležité etické a ochranné otázky, ktoré vyžadujú prísne opatrenia na ochranu genetických informácií pacientov a zabezpečenie ich etického využitia pri liečbe a výskume. 

Budúcnosť genetickej analýzy v onkológii 

Prudký rozmach výskumu a technologické pokroky rozširujú využitie genetickej analýzy v stále pribúdajúcich oblastiach v onkológii. Dnes je genetická analýza rutinne používaná pri hodnotení rizika vzniku nádorového ochorenia, pri monitorovaní recidívy a identifikácii mechanizmov rezistencie na podávanú liečbu. 

Záver

Genetická analýza predstavuje základ modernej onkológie, ponúka cestu k presnejšej a na mieru šitej liečbe v onkológii. Ďalší výskum a nové technológie naďalej zvyšujú potenciál pre spresnenie a rozšírenie liečby založenej na výsledkoch s výrazným zlepšovaním výsledkov.