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A nova tecnologia de teste de sangue que está sendo desenvolvida por pesquisadores do Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, que combina o sequenciamento do genoma de moléculas únicas de DNA eliminadas de tumores e o aprendizado de máquina, pode permitir a detecção precoce de câncer de pulmão e outros tipos de câncer.
O teste, chamado GEMINI (Incidência mutacional do genoma para detecção não invasiva de câncer), procura alterações no DNA em todo o genoma. Primeiro, uma amostra de sangue é coletada de uma pessoa com risco de desenvolver câncer. Em seguida, o DNA livre de células (cfDNA) derramado por tumores é extraído do plasma e sequenciado usando o sequenciamento econômico de todo o genoma. Moléculas únicas de DNA são analisadas quanto a alterações de sequência e são usadas para obter perfis de mutação em todo o genoma. Por fim, um modelo de aprendizado de máquina treinado para identificar mudanças nas frequências de mutações cancerígenas e não cancerígenas em diferentes regiões do genoma é usado para distinguir pessoas com câncer daquelas que não têm câncer. O classificador gera uma pontuação que varia de 0 a 1, sendo que uma pontuação mais alta reflete uma maior probabilidade de ter câncer.
Em uma série de testes laboratoriais do GEMINI, os investigadores descobriram que a abordagem, quando seguida por tomografia computadorizada, detectou mais de 90% dos cânceres de pulmão, inclusive entre pacientes com doença em estágio I e II. Uma descrição do trabalho, um estudo de prova de conceito, foi publicada online em 27 de julho na revista Genética da Natureza.
“Este estudo mostra pela primeira vez que um teste como o GEMINI, incorporando perfis de mutação de todo o genoma de moléculas únicas de cfDNA, em combinação com outras abordagens de detecção de câncer, pode ser usado para detecção precoce de cânceres, bem como para monitorar pacientes durante terapia”, diz o autor sênior do estudo Victor Velculescu, MD, Ph.D., professor de oncologia e co-diretor do programa de genética e epigenética do câncer no Kimmel Cancer Center.
O estudo se concentrou principalmente na detecção de câncer de pulmão em populações de alto risco, diz Daniel Bruhm, principal autor do estudo e aluno de pós-graduação no programa de genética humana da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “No entanto, detectamos perfis mutacionais alterados no cfDNA de pacientes com outros tipos de câncer, incluindo câncer de fígado, melanoma ou linfoma, sugerindo que pode ser usado de forma mais ampla”, diz Bruhm.
Para desenvolver o GEMINI, os pesquisadores examinaram sequências de cânceres de todo o genoma de 2.511 pessoas em 25 tipos de câncer diferentes do estudo Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, identificando frequências de mutação distintas em todo o genoma em diferentes tipos de tumor. Por exemplo, descobriu-se que os cânceres de pulmão têm uma média de 52.209 mutações somáticas por genoma. Os pesquisadores também identificaram regiões genômicas com o maior número de mutações, descobrindo que as regiões do genoma com alta frequência de mutações eram semelhantes entre o tecido tumoral e o cfDNA derivado do sangue de pacientes com câncer de pulmão, melanoma ou linfoma não-Hodgkin de células B.
Os pesquisadores avaliaram a capacidade do GEMINI de detectar alterações de sequência no cfDNA de 365 pessoas no Longitudinal Urban Cohort Aging Study (LUCAS), uma coorte de pessoas com alto risco de ter câncer de pulmão. As pontuações GEMINI foram maiores em pessoas com câncer do que naquelas sem câncer. Os pesquisadores também avaliaram se GEMINI poderia ser combinado com DELFI (avaliação de fragmentos de DNA para interceptação precoce) – um teste desenvolvido anteriormente que detecta mudanças no tamanho e distribuição de fragmentos de cfDNA em todo o genoma – para melhorar a detecção de câncer de pulmão em estágio inicial . Várias amostras de câncer que o GEMINI perdeu foram detectadas usando a técnica combinada. Em 89 amostras de pacientes da coorte LUCAS que tinham câncer de pulmão, o GEMINI combinado com o DELFI detectou câncer corretamente em 91% das vezes. Resultados semelhantes foram obtidos em uma coorte de validação separada de 57 pessoas que tinham câncer de pulmão em estágio inicial.
Os pesquisadores também estudaram o uso do GEMINI em outras amostras do estudo, incluindo sete pacientes que não apresentavam nenhum tumor detectável no momento da coleta de sangue. Eles tiveram uma pontuação média de GEMINI de 0,78, que é maior do que as pessoas sem câncer. Seis testaram positivo usando o GEMINI e foram posteriormente diagnosticados com câncer de pulmão de 231 a 1.868 dias após a obtenção das amostras, sugerindo que anormalidades nos perfis de mutação do cfDNA podem ser detectadas anos antes dos diagnósticos padrão.
Experimentos adicionais determinaram que o GEMINI poderia distinguir entre subtipos de câncer de pulmão e detectar cânceres de fígado precoces. Em um grupo de pacientes recebendo tratamento medicamentoso para câncer de pulmão, os escores GEMINI diminuíram durante a resposta inicial à terapia, sugerindo que o teste poderia ser usado para monitorar os pacientes durante a terapia.
Juntos, os resultados indicam que a combinação de análises de mutação GEMINI em todo o genoma e análises de fragmentação DELFI de cfDNA “pode fornecer uma oportunidade para detecção escalável e econômica de cânceres”, diz Rob Scharpf, Ph.D., professor associado de oncologia no Kimmel Cancer Center. Ensaios clínicos maiores são necessários para validar a ferramenta antes que ela se torne disponível para uso clínico, diz ele.
Os coautores adicionais do estudo incluem Dimitrios Mathios, Zachariah Foda, Akshaya Annapragada, Jamie Medina, Vilmos Adleff, Elaine Jiayuee Chiao, Leonardo Ferreira, Stephen Cristiano, James White, Amy Kim, Valsamo Anagnostou e Jillian Phallen da Johns Hopkins. Outros autores são da Boston University e do Allegheny Health Network Cancer Institute, em Pittsburgh.
O trabalho foi apoiado em parte pela Dr. Miriam e Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation, Stand Up to Cancer (SU2C) InTime Lung Cancer Interception Dream Team Grant, SU2C-Dutch Cancer Society International Translational Cancer Research Dream Team Grant ( SU2C-AACR-DT1415), Grey Foundation, Commonwealth Foundation, Mark Foundation for Cancer Research, Cole Foundation, uma bolsa de pesquisa da Delfi Diagnostics e US National Institutes of Health concede CA121113, CA006973, CA233259, CA062924 e 1T32GM136577.
Bruhm, Mathios, Cristiano, Phallen, Scharpf e Velculescu são inventores de pedidos de patentes apresentados pela Universidade Johns Hopkins relacionados ao uso de cfDNA para detecção de câncer. Cristiano, Phallen, Adleff, Scharpf e Velculescu são fundadores da Delfi Diagnostics, e Adleff e Scharpf são consultores desta organização. Velculescu também atua no conselho de administração e é diretor da Delfi Diagnostics, além de possuir ações da empresa. White é o fundador e proprietário da Resphera Biosciences. Além disso, a Universidade Johns Hopkins possui participação acionária na Delfi Diagnostics. Velculescu é um inventor em pedidos de patente apresentados por Johns Hopkins relacionados a análises genômicas de câncer e cfDNA para detecção de câncer que foram licenciados para várias entidades. Sob esses acordos de licença, a universidade e os inventores têm direito a taxas e distribuições de royalties. Velculescu é consultor da Viron Therapeutics and Epitope. Esses acordos foram revisados e aprovados pela The Johns Hopkins University de acordo com suas políticas de conflito de interesses.
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