Dans une étude récente publiée dans Cellule cancéreuse, les chercheurs ont évalué plusieurs approches pour un test de détection précoce de plusieurs cancers (MCED) basé sur l’acide désoxyribonucléique sans cellules circulantes (cfDNA). La définition de la limite clinique de détection (LOD) basée sur la fraction d’allèle tumoral circulant (cTAF) permet la comparaison de différentes approches.
Un test MCED est un test sanguin qui aide à la détection précoce d’un signal de cancer partagé entre plusieurs cancers à l’aide d’échantillons de sang. Actuellement, les tests MCED disponibles ont un faible taux de faux positifs inférieur à 1 %.
Sommaire
Arrière plan
La découverte que l’ADN de divers tissus du corps humain existe dans le sang et d’autres fluides corporels en dehors des cellules (cfDNA) a conduit à plusieurs tests sanguins de cfDNA. De tels tests trouvent des applications cliniques, telles que la facilitation de l’interrogation d’anomalies génomiques spécifiques, par exemple, des mutations exploitables dérivées de tumeurs pour la sélection ciblée d’un traitement contre le cancer.
Des travaux de modélisation récents ont prédit que l’ajout d’un test MCED aux soins standard pourrait améliorer la détection à un stade précoce et prévenir 39 % de tous les décès liés au cancer dans les cinq ans suivant le diagnostic.
Les tests MCED complémentaires pourraient également permettre le dépistage dans la population de nombreux types de cancers mortels à la fois.
Un arrière-plan abondant de cfDNA non cancéreux dans le sang par rapport au matériel génomique provenant de la tumeur et la prévalence de la biologie somatique (par exemple, l’hématopoïèse clonale (CH)) pourraient confondre la détection spécifique du signal du cancer. Ainsi, les chercheurs poursuivent continuellement de nouvelles approches, telles que les techniques d’apprentissage automatique, pour surmonter les défis du rapport signal sur fond associés aux tests MCED basés sur le sang.
À propos de l’étude
Au total, 2 800 participants, 1 628 atteints de cancer et 1 172 sans cancer, ont participé à la première sous-étude de l’atlas du génome sans cellule circulante (CCGA). Les chercheurs ont assigné au hasard 1 414 et 847 participants à des ensembles de formation ou de validation indépendants et ont obtenu des échantillons qui répondaient aux normes de contrôle qualité du laboratoire prédéfinies. De plus, ils se sont assurés, avec le dépistage du cancer, de n’inscrire que les participants atteints de cancer qui n’avaient pas commencé leur traitement contre le cancer.
L’équipe a utilisé des échantillons de sang anonymisés de participants sur des sites aux États-Unis et au Canada et a extrait le cfDNA du plasma. Le délai médian entre le prélèvement sanguin et l’isolement du plasma était inférieur à deux jours. Ils ont traité un échantillon de sang de cfDNA en utilisant trois méthodes de séquençage : séquençage au bisulfite du génome entier (WGBS), TS et WGS. Pour calculer la LOD pour la deuxième sous-étude de la CCGA, ils ont extrait l’ADN génomique (ADNg) à partir de grattages de tissus fixés au formol et inclus en paraffine (FFPE) en interne.
Résultats de l’étude
L’étude actuelle a eu plusieurs résultats importants. Premièrement, plus que le type de cancer et le stade clinique, le cTAF était responsable de la plupart des variations du cfDNA à partir des signaux du cancer. Ainsi, les chercheurs ont observé une variation importante du cTAF entre les types de cancer et au sein de stades uniques, ce qui indique que son stade clinique seul pourrait ne pas être le seul prédicteur de la quantité de caractéristiques génomiques spécifiques à la tumeur.
Les types de cancer peuvent avoir des taux d’excrétion radicalement différents, même après avoir contrôlé le stade. Sur la base de la distribution de l’excrétion tumorale entre les cancers, le séquençage de la biopsie tumorale pourrait estimer le cTAF selon les types de cancer et leurs stades cliniques. Probablement en raison de l’excrétion accrue de tumeurs dans les cancers à un stade avancé, le cTAF augmente généralement avec le stade clinique. Comme prévu, la détection des signaux de cancer s’est améliorée pour chaque cancer avec l’augmentation du stade et du cTAF, bien que cette approche ne puisse pas détecter de manière fiable tous les signaux de cancer de stade IV. Une explication plausible est que les facteurs moléculaires dans les cancers de stade IV non détectés, tels qu’une faible activité mitotique, sont associés à une diminution de la perte d’ADN tumoral et à une diminution du cTAF. De même, des facteurs physiques, la moindre surface de la tumeur et l’étendue microscopique de la tumeur (c’est-à-dire son accès à l’approvisionnement en sang) entraînent une diminution de l’excrétion d’ADN tumoral et une diminution du cTAF.
Deuxièmement, les chercheurs ont observé que la stadification clinique pourrait ne pas saisir entièrement le comportement de la tumeur. Au contraire, même si un cancer de stade I à III présentait un cTAF plus élevé en raison d’une prolifération active et d’une forte perte d’ADN tumoral, il pourrait bien détecter le comportement de la tumeur. Il pourrait y avoir une corrélation entre les signaux de cancer cfDNA et le cTAF avec des tumeurs plus hostiles ; ainsi, les tests cfDNA pourraient mieux détecter les cancers cliniquement significatifs. En effet, le pronostic du cancer est meilleur avec un cTAF plus faible. En outre, le programme Surveillance, Epidemiology, and End Results (SEER) a rapporté que les cancers non détectés par les tests basés sur le cfDNA présentaient une survie nettement meilleure.
Troisièmement, sur la base des observations selon lesquelles il existe une forte corrélation entre la détection du signal de classificateur et le cTAF, une LOD clinique utilisant le cTAF pourrait être développée. Cela pourrait fournir une métrique pour l’optimisation du classificateur qui tiendrait compte des variations importantes de l’excrétion de tumeurs au sein d’un stade clinique et entre les types de cancer. Cette métrique clinique basée sur la LOD pourrait comparer directement les performances de détection du signal du cancer sur plusieurs tests basés sur le cfDNA. Cependant, la condition est que les estimations du cTAF utilisent des caractéristiques vérifiées par biopsie tumorale à des niveaux de spécificité de test équivalents.
Enfin, la méthylation WG était l’option la plus prometteuse dans cette étude car, avec ≈ 30 millions de CpG, il s’agissait d’un signal omniprésent à travers le génome. De toutes les caractéristiques cfDNA évaluées dans cette étude, il s’agissait de l’une des méthodes les plus sensibles pour les raisons suivantes :
i) ne nécessitait pas de séquençage WBC,
ii) présentaient l’une des LD cliniques les plus faibles, et
iii) avait la plus grande précision de prédiction de l’origine du signal du cancer (OSC).
En outre, les modèles de méthylation le long de chaque segment de gène contiennent un signal robuste spécifique à la tumeur, facilement identifiable au-dessus de la variation de fond génomique normale. Il, à son tour, facilite la détection du signal de méthylation à des niveaux de cTAF inférieurs à ceux des autres caractéristiques du cancer des génomes testés dans l’étude. Le test WGBS a généré des caractéristiques de méthylation WG, ainsi, a également montré la plus grande probabilité d’amélioration parmi les trois tests.
Une autre étude a réalisé WGS et TS avec une profondeur et une largeur de séquençage de 30 × et 60 000 ×, couvrant 507 gènes, respectivement. Puisqu’ils ont supprimé le bruit technique à l’aide d’identificateurs moléculaires uniques et la suppression du CH à l’aide de WBC à partir de ces données, les résultats représentaient probablement la limite supérieure de performance pour les tests WGS et TS pour un test MCED pratique. Le test de séquençage au bisulfite ciblait les régions contenant des CpG contenant très probablement des schémas de méthylation WG spécifiques au cancer et aux tissus dans le cfDNA. Il a permis d’augmenter la profondeur de séquençage tout en contrôlant la complexité facilitant les améliorations de la limite de détection clinique.
Les chercheurs ont utilisé une approche basée sur la méthylation pour un développement ultérieur en raison de son potentiel d’optimisation et de ses performances supérieures. Par rapport à la méthylation WG, la LOD clinique pour le classificateur de méthylation ciblé validé dans la deuxième sous-étude CCGA a montré une amélioration de près d’un ordre de grandeur. Les améliorations ultérieures de la spécificité, de la sensibilité et de la précision CSO du test et du classificateur basés sur la méthylation ciblée ont soutenu la mise en œuvre clinique du test Galleri® MCED. Dans l’ensemble, les résultats de l’étude s’ajoutent aux preuves sur les méthodologies déployant des schémas de méthylation de l’ADNc pour la détection du cancer.
conclusion
Selon les auteurs, aucune des études antérieures n’a rapporté de comparaisons systématiques de diverses caractéristiques génomiques du cfDNA pour les tests MCED.
La première sous-étude de la CCGA a montré que la limite de détection clinique est une référence précieuse pour évaluer les performances du classificateur. Cela pourrait permettre une comparaison entre les études, à condition que la spécificité et les probabilités de détection soient équivalentes. Les données de l’étude ont également suggéré que le cTAF pourrait être une mesure plus directe et plus précise de la biologie tumorale sous-jacente. C’est un meilleur moteur de détection du signal de cancer cfDNA que les indicateurs pronostiques actuels, tels que le stade et le type de cancer.
Ainsi, les stratégies d’optimisation des tests MCED devraient inclure des efforts pour améliorer la détection à des niveaux inférieurs de cTAF. En outre, la méthylation WG à partir de cfDNA utilisée dans un prototype de test MCED a fourni les meilleures performances parmi les approches caractérisées pour la détection du signal du cancer et la prédiction du CSO sans nécessiter de séquençage supplémentaire pour corriger le fond WBC.
Enfin, les résultats de l’étude suite à l’évaluation des tests prototypes les plus performants ont éclairé la conception et les performances du test cfDNA MCED basé sur la méthylation ciblée récemment rapporté, le test Galleri® MCED. Il a montré des améliorations marquées par rapport à tous les tests évalués dans l’étude.
