Rintasyöpäpotilaan verinäytteestä voidaan eristää syöpäsolun DNA:ta, jonka pilkkoutumisasteesta pystytään arvioimaan onko potilaalla huono tai hyvä hoitoennuste.
Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä. Yli kaksi miljoonaa naista sairastui siihen vuonna 2020. Rintasyövän ennuste on onneksi parantunut, koska se on mahdollista havaita varhaisessa vaiheessa ja hoitomenetelmät ovat kehittyneet. Yksi tällainen on nestebiopsia, josta on tulossa yhä merkittävämpi syöpien diagnostiikan menetelmä.
Henkilökohtaisen lääketieteen ja biopankkitoiminnan professori Arto Mannermaan ryhmässä nestebiopsiaa on tutkittu vuodesta 2015 alkaen. Nestebiopsia perustuu siihen, että elimistön solut vapauttavat verenkiertoon ja ruumiinnesteisiin DNA:ta, jota kutsutaan solunulkoiseksi DNA:ksi (cell free DNA, cfDNA). Syöpäsoluista vapautuu siis potilaiden verenkiertoon DNA:ta, joka sisältää kullekin syövälle ominaisia mutaatioita. DNA sekvensoidaan, jolloin saadaan selville kasvaimessa olevat geneettiset muutokset.
”Solunulkoisesta DNA:sta olemme tutkineet sen pitoisuutta, pilkkoutumisastetta ja mutaatioita, jotka ovat yhteydessä rintasyöpäpotilaiden ennusteeseen. Vastaavanlaisia yhteyksiä löytyy myös useissa muissa syöpäsairauksissa”, sanoo tutkija Jouni Kujala. Hän työskentelee Mannermaan tutkimusryhmässä Itä-Suomen yliopistossa.
”Tämä on sellainen tutkimusaihe, jossa on ollut hyvinkin paljon laskennallista puolta, varsinkin sekvensointidatan työstämistä,” Kujala sanoo. Kujala aikoo keskittyä jatkossa solunulkoiseen mikro-RNA:han.
”Se on kokonaan toinen nukleiinihappotyyppi, mitä syöpäpotilaiden verinäytteistä voidaan eristää. Solunulkoinen mikro-RNA säätelee geenien toimintaa, eikä niiden ennusteellista arvoa vielä täysin ymmärretä.”
Mannermaan tutkimusryhmässä on tutkittu solunulkoisen DNA:n pilkkoutumista. Sen perusteella voidaan nyt arvioida rintasyöpäpotilaan hoitoennustetta. Tulos on merkittävä, sillä menetelmä auttaa tunnistamaan huonon hoitoennusteen rintasyöpäpotilaat aiempaa varhaisemmin ja tarkemmin. Varhainen tunnistus on keskeisimpiä keinoja vähentää rintasyövän kuolleisuutta.
Tutkijat ovat analysoineet solunulkoisen DNA:n eheyden syy-yhteyttä rintasyövän hoitoennusteeseen.
”Kun syöpäsolut vapauttavat solunulkoista DNA:ta verenkiertoon se alkaa pikkuhiljaa pilkkoutua pienemmäksi, kunnes se hajoaa kokonaan.”
Eheys kuvaa DNA:n pilkkoutumisastetta eli kuinka paljon DNA on veressä pilkkoutunut.
”Mitä eheämpää eli vähemmän pilkkoutunutta solunulkoinen DNA on, sitä enemmän se on yhteydessä huonoon rintasyövän ennusteeseen.”
Mannermaan ryhmän tutkimustuloksen mahdollisti mittava potilasaineisto, Kuopion rintasyöpäprojekti.
”Kuopion rintasyöpäprojekti kattaa yli 500 rintasyöpäpotilasta ja heistä on kerätty todella kattavat tiedot. Tiedämme heidän elintapansa ja heidän saamansa syöpähoidot. Meillä on seurantatiedot parhaimmillaan 25 vuoden ajalta, mikä on kansainvälisestikin poikkeuksellisen pitkä seuranta-aika.”
Tässä tutkimuksessa aineistoon oli valittu rintasyöpäpotilaita, joille ei oltu vielä aloitettu syöpähoitoja.
”Aineistossa oli varhaisen vaiheen rintasyöpäpotilaita, jotka olivat lähtökohtaisesti hyväennusteisia.”
Tällaisen aineiston valinnalle oli selkeä peruste, sillä rintasyöpä uusiutuu jopa kolmanneksella potilaista ja on naisten yleisin syöpäperäinen kuolinsyy. Mannermaan ryhmän tavoitteena on, että tulevaisuudessa aggressiivista rintasyöpää sairastavat potilaat voitaisiin tunnistaa nykyistä aikaisemmin eheysmittauksen avulla ja tarvittaessa ohjata tehostettuun hoitoon ja seurantaan.
Eheyden mittaus on menetelmänä yksinkertainen. Käytännössä eristetty näyte laitetaan mittauslaitteeseen, joka määrittää näytteessä olevien DNA-pätkien suhteellisen osuuden. Sitten voidaan laskea, mikä näytteessä olevan solunulkoisen DNA:n eheysaste on.
Kujalan mukaan näinkin yksinkertainen DNA-näytteen laatua kuvaava arvo voi olla käyttökelpoinen syövän ennusteen arvioinnissa. Tätä menetelmää voidaan jatkossa hyödyntää tekoälyn opettamiseen.
”Kun mitataan solunulkoisen DNA:n pitoisuutta ja eheyttä, nehän ovat puhtaasti laatumittareita. Niitä ei nykyisellään käytetä potilaan ennusteen arvioimisessa. Varsinainen diagnostinen puoli on pitkälti keskittynyt mutaatioihin ja muihin DNA:n piirteisiin. Koneoppiminen voisi hyödyntää tätäkin dataa nykyistä tehokkaammin. Tämä data joka tapauksessa kerätään kaikista näytteistä joita tutkitaan, mutta sitä ei juurikaan hyödynnetä.”
Mannermaan ryhmässä kehitetään genomidatan ja kliinisen datan perusteella oppivia algoritmeja, jotka tunnistavat ja ennustavat rintasyövän riskitekijöitä. Genomidata ja kliininen data yhdistetään tekoälymalliksi, joka auttaa paitsi sairastumisriskin määrittämisessä, myös yksilöllisten hoitosuunnitelmien tekemisessä.
Mannermaan ryhmän tutkimuksissa käyttämän datan määrä on niin iso, että siihen tarvitaan Suomen ELIXIR-keskuksen CSC:n superlaskentakapasiteettia.
”Meillä on CSC:n resursseja käytössä nimenomaan koneoppimisen takia. Toistaiseksi olemme kehittäneet syöpäriskin analytiikkaa, mutta samoja malleja hyödynnetään näiden nestebiopsiatulosten jatkotyössä. Vielä tätä dataa ole jatkotyöstetty”, sanoo professori Arto Mannermaa.
Ari Turunen
23.1.2024
Lue artikkeli PDF-muodossa
Sitaatti
Turunen, A., & Nyrönen, T. (2024). Improving breast cancer treatment prognoses with liquid biopsy. https://doi.org/10.5281/zenodo.13691344
Lisätietoja:
Maria Lamminaho, Jouni Kujala, Hanna Peltonen, Maria Tengström, Veli-Matti Kosma ja Arto Mannermaa. High Cell-Free DNA Integrity Is Associated with Poor Breast Cancer Survival. Cancers. 2021.
https://doi.org/10.3390/cancers13184679.
Itä-Suomen yliopisto
CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy
on valtion omistama, opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnoima, voittoa tavoittelematon osakeyhtiö. CSC ylläpitää ja kehittää valtion omistamaa keski- tettyä tietotekniikkainfrastruktuuria.
ELIXIR
rakentaa infrastruktuurin bioalan tutkimuksen tueksi. Se yhdistää 21 Euroopan maan ja Euroopan molekyylibiologian laboratorion EMBL:n johtavat organisaatiot yhteiseksi biologisen informaation infrastruktuuriksi. Sen Suomen keskus on CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy.
ELIXIR is partly funded by the European Commission