هنا ، نقدم بروتوكولا للكشف بحساسية وتحديدا عن طفرات EGFR T790M باستخدام تفاعل البوليميراز الرقمي المتسبقي (ddPCR) ، والذي يمكن أيضا تمديده لتحديد طفرات الورم الأخرى بسرعة مثل G719S و L858R و L861Q و S768I.
مقالة بحثية
هنا ، نقدم بروتوكولا للكشف بحساسية وتحديدا عن طفرات EGFR T790M باستخدام تفاعل البوليميراز الرقمي المتسبقي (ddPCR) ، والذي يمكن أيضا تمديده لتحديد طفرات الورم الأخرى بسرعة مثل G719S و L858R و L861Q و S768I.
على المستوى العالمي ، لا يزال سرطان الرئة هو المساهم الرئيسي في الوفيات المرتبطة بالسرطان ، حيث يحتل انتشاره المرتبة الثانية بعد سرطان الكلى. يشكل سرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة (NSCLC) ما يقرب من 80-85٪ من جميع حالات سرطان الرئة المبلغ عنها. تعد طفرة T790M في جين EGFR محددا أساسيا معترفا به على نطاق واسع للمقاومة المكتسبة لمثبطات مستقبلات عامل نمو البشرة (EGFR-TKIs). لوحظ وجود هذه الحالة في حوالي 50-60٪ من أولئك الذين يعانون من مرض تدريجي. لذلك ، فإن تنفيذ نهج سريع وسريع الاستجابة للكشف عن طفرات T790M في جين EGFR أمر ضروري للتحديد السريع لسرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة. في الدراسة الحالية ، تم استخدام ddPCR للكشف عن طفرة T790M بحد اكتشاف يبلغ 10 نسخ / ميكرولتر ، وهو أعلى بمقدار 10 أضعاف من حساسية qPCR (1 × 102 نسخة / ميكرولتر). بالنسبة للعينات ال 15 التي تمت محاكاتها ، كان ddPCR قادرا على اكتشاف وجود طفرات T790M في جين EGFR ، والتي لوحظ أنها عند مستويات منخفضة عند تحليلها باستخدام qPCR. يتم التحقيق في الكشف عن طفرات T790M داخل جين EGFR بطريقة الكشف السريع لتحديد مدى ملاءمتها.
سرطان الرئة هو السبب الرئيسي للوفيات المرتبطة بالسرطان على مستوى العالم ، وهو ثاني أكثر الأورام الخبيثة انتشارا بشكل عام. يمثل سرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة (NSCLC) أغلبية كبيرة ، حوالي 80٪ إلى 85٪ ، من جميع حالات سرطان الرئة المبلغ عنها1،2،3،4. بالنسبة للمرضى الذين تم تشخيص إصابتهم ب NSCLC المتقدمة التي تؤوي طفرات EGFR ، يتضمن النهج العلاجي المعمول به تطبيق مثبطات التيروزين كيناز (TKIs) من الجيل الأول أو الثاني أو الثالث (EGFR) 5،6،7. ومع ذلك ، فإن معظم المرضى الذين عولجوا بالجيل الأول أو الثاني من EGFR-TKIs يطورون في النهاية مقاومة مكتسبة للدواء. غالبا ما تعزى هذه المقاومة إلى وجود طفرة T790M في جين EGFR ، والتي توجد في ما يقرب من 50-60٪ من المرضى الذين يعانون من تطور المرض8،9،10،11،12.
تقليديا ، يتم تحديد التشوهات الجينية في الحمض النووي للورم من عينات الأنسجة باستخدام تقنيات مثل التهجين الموضعي الفلوري (FISH) أو تسلسل الجيل التالي (NGS) 13،14. ومع ذلك ، يمكن أن تكون خزعات الأنسجة صعبة بسبب عدم إمكانية الوصول إلى الورم ، أو سوء صحة المريض ، أو عدم كفاية محتوى الخلايا السرطانية15،16،17. كبديل ، توفر الخزعات السائلة ، خاصة من البلازما ، طريقة أقل توغلا لتحديد الطفرات الدافعة عن طريق الكشف عن الحمض النووي للورم المنتشر (ctDNA). تسقط الخلايا السرطانية الحمض النووي في مجرى الدم أو السائل الجنبي أو اللعاب أو البراز ، مما يوفر مصدرا قيما للتحليل الجيني18،19. غالبا ما يعكس المظهر الجيني ل ctDNA التركيب الجيني للورم ، مما يوفر رؤية شاملة لعدم تجانس الورم - وهو عامل حاسم للتشخيص الدقيق والعلاج الشخصي للسرطان20،21.
من بين التقنيات المختلفة لتحديد طفرات EGFR في الدم المحيطي ، بما في ذلك التسلسل ، وتفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي (RT-PCR) ، وتفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي ، وتغيير طبيعة الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (DHPLC) ، ونظام الطفرات المقاومة للحرارة (ARMS) ، و PCR المخصب بالطافرة (ME-PCR) ، برز تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي بالقطرات الدقيقة (ddPCR) كأداة فعالة للغاية للكشف عن طفرات ctDNA22،23. حساسيتها الفائقة ودقتها وقدرتها على اكتشاف الطفرات منخفضة الوفرة بدقة عالية تميزها عن غيرها. على عكس تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي ، يقسم ddPCR العينات إلى آلاف القطرات ، مما يتيح القياس الكمي المطلق لتسلسلات الحمض النووي المستهدف بدون منحنيات قياسية. هذا يجعلها مناسبة بشكل استثنائي للكشف عن الطفرات النادرة مثل طفرة T790M في EGFR. على الرغم من مزايا ddPCR ، إلا أن تطبيقه السريري الواسع النطاق كان محدودا بسبب التحديات في إعداد العينات وتحسين النظام وتحليل الأداء المقارن باستخدام التقنيات الراسخة مثل qPCR. توجد فجوة حرجة في تحسين بروتوكولات ddPCR للكشف عن طفرة ctDNA ، لا سيما فيما يتعلق بالحساسية والخصوصية والاستنساخ الضرورية للتبني السريري.
في هذه الدراسة ، نفترض أن ddPCR يوفر حساسية وموثوقية فائقة للكشف عن طفرة EGFR T790M في ctDNA مقارنة بطرق qPCR التقليدية. ركزنا على تحسين عملية استخراج الحمض النووي لتعزيز الكفاءة ، متبوعا بتحسين ddPCR للكشف عن الطفرات. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بمقارنة أداء ddPCR و qPCR من حيث الحساسية والنوعية والاستنساخ باستخدام عينات محاكاة. من خلال التقييم المنهجي لإمكانات ddPCR ، نهدف إلى ترسيخها كبديل قابل للتطبيق ومتفوق ل qPCR للكشف عن طفرات EGFR في الخزعات السائلة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لم تشمل هذه الدراسة مشاركين من البشر أو الأنسجة البشرية أو التجارب الحيوانية الحية. وبالتالي ، لم تكن هناك حاجة إلى موافقة أخلاقية رسمية. ونفذت جميع الإجراءات وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية. تم تصنيع البلازميد الطافرة T790M تجاريا. تم الحصول على دم الخنزير المستخدم لمحاكاة العينات السريرية من مورد معتمد يتبع لوائح رعاية ، دون مشاركة حية. جميع الكواشف الأخرى ، بما في ذلك الخرز المغناطيسي ، والبادئات ، والمجسات ، وإنزيمات PCR ، تم الحصول عليها من مصادر تجارية واستخدامها وفقا لتعليمات الشركات المصنعة.
استخراج الحمض النووي
تم إجراء استخراج الحمض النووي باستخدام مجموعة استخراج الخرز المغناطيسي وأداة استخراج الحمض النووي الأوتوماتيكية بالكامل. تضمن الإجراء القياسي إضافة 200 ميكرولتر من العينة و 20 ميكرولتر من البروتيناز K إلى العمود 1 أو 7 من لوحة البئر العميقة المعبأة مسبقا. بعد ذلك ، تمت إضافة 15 ميكرولتر من الخرز المغناطيسي المرفق مع المجموعة إلى العمود 2 أو 8. بدأ برنامج الاستخراج على الأداة ، مع وضع الغلاف المغناطيسي في موقعه المحدد. بعد الاستخراج ، تم نقل السائل من العمود 6 أو 12 إلى أنبوب جديد خال من النوكلياز سعة 1.5 مل وتخزينه عند -20 درجة مئوية.
لتحسين استخراج الأحماض النووية المستهدفة منخفضة التركيز ، تم إجراء تجارب التحسين. كانت معلمات الاستخراج الموصى بها: درجة حرارة التحلل 70 درجة مئوية ، ووقت التحلل 10 دقائق ، ودقيقة واحدة لكل من محاليل الغسيل الثلاثة ، ودقيقتين للتجفيف ، و 3 دقائق من الشطف عند 56 درجة مئوية. تم تحسين المعلمات الأكثر تأثيرا بشكل منهجي: درجة حرارة التحلل (62 درجة مئوية ، 66 درجة مئوية ، 70 درجة مئوية ، 74 درجة مئوية ، و 78 درجة مئوية) ، ووقت التحلل (1 ، 3 ، 5 ، 7 ، و 9 دقائق) ، وحجم الخرزة المغناطيسية (100 نانومتر ، 200 نانومتر ، 300 نانومتر ، 400 نانومتر ، 500 نانومتر ، و 1000 نانومتر). تم إجراء هذه التحسينات باستخدام البلازميد الطافرة T790M عند 1 × 105 نسخ / ميكرولتر. تم تزويد الخرزات المغناطيسية 100 نانومتر مع مجموعة الاستخراج ، بينما تم الحصول على أحجام جسيمات أخرى من شركة تكنولوجيا حيوية. تم تقييم كفاءة كل حالة من حالات الاستخراج من خلال تحليل منحنيات تضخيم qPCR وقيم Ct للعينات المستخرجة. تم إجراء التحليل الإحصائي لهذه النتائج باستخدام البرمجيات الإحصائية.
الحمض النووي البلازميد القياسي
تم تصنيع البلازميد الطافرة T790M لجين EGFR خصيصا من قبل شركة تكنولوجيا حيوية. تم تعليق أربعة ميكروغرامات من مسحوق البلازميد الجاف في 100 ميكرولتر من 1x TE Buffer. تم تحديد تركيز البلازميد باستخدام مقياس الطيف الضوئي. تم حساب رقم النسخة لكل ميكرولتر باستخدام الصيغة: رقم النسخ / ميكرولتر = [(6.02 × 1023) × (تركيز الحمض النووي (نانوغرام / ميكرولتر) × 10-9)] / (طول الحمض النووي في أزواج القواعد × 660). كان تركيز الجزء المركب 1.26 × 109 نسخ / ميكرولتر. ثم تم تخفيف بلازميد المخزون هذا 126 ضعفا للحصول على تركيز عمل يبلغ 1 × 108 نسخ / ميكرولتر.
تصميم وتوليف التمهيدي
تم تصميم البادئات ومسبار TaqMan لطفرة EGFR T790M باستخدام Primer 6 بناء على مبادئ تصميم التمهيدي القياسية. التمهيدي المنبع: 5 ′-CCTCACCTCACCGTGC-3 ′ ؛ التمهيدي المصب24: 5 ′-AGGCAGCCGAAGGGCA-3 ′ ؛ المسبار: 5 ′-FAM-AGCTCATCACGCAGCTCA-BHQ1-3 ′. تم تصنيع جميع البادئات والمجسات بواسطة خدمة تخليق قليل النوكليوتيدات التجارية.
إنشاء وتحسين نظام الكشف الكمي الفلوري ddPCR و TaqMan
تم تخفيف مخزون البلازميد T790M من 1 × 108 نسخ / ميكرولتر إلى 1 × 106 نسخ / ميكرولتر باستخدام 1× TE Buffer لاستخدامه في تجارب تحسين نظام ddPCR و qPCR.
تحسين نظام ddPCR: تم تحسين نظام ddPCR بناء على توصيات الشركة المصنعة للإنزيم. تضمن النظام الأولي الموصى به: 7.5 ميكرولتر من مزيج 4x PCR ، 1.2-3 ميكرولتر من التمهيدي المنبع (10 ميكرومتر) ، 1.2-3 ميكرولتر من التمهيدي المصب (10 ميكرومتر) ، 0.3-1.8 ميكرولتر من المسبار (10 ميكرومتر) ، 1-15 ميكرولتر من قالب الحمض النووي ، والماء الخالي من النوكلياز إلى حجم نهائي قدره 30 ميكرولتر. تضمنت دورة التضخيم الموصى بها 10 دقائق أولية عند 95 درجة مئوية ، تليها 40 دورة من 30 ثانية عند 94 درجة مئوية و 60 ثانية عند 55-65 درجة مئوية. تم تحسين درجة حرارة التلدين (55-61.8 درجة مئوية) ، وتركيز التمهيدي (1-3 ميكرولتر) ، وتركيز المسبار (0.75-1.75 ميكرولتر) ، وتركيز القالب (3-15 ميكرولتر) بشكل منهجي. تم تحليل نتائج التحسين إحصائيا باستخدام البرامج الإحصائية.
تحسين نظام qPCR: تم تحسين نظام qPCR وفقا لتوصيات الشركة المصنعة للإنزيم. تضمن النظام الأولي المقترح: 5 ميكرولتر من بوليميراز Taq ، و 0.45 ميكرولتر من 250 ملي مولار MgCl2 ، و 0.5-2.5 ميكرولتر من التمهيدي الأمامي (10 ميكرومتر) ، و 0.5-2.5 ميكرولتر من التمهيدي العكسي (10 ميكرومتر) ، و 0.5-2.5 ميكرولتر من المسبار (10 ميكرومتر) ، و 5 ميكرولتر من عينة الحمض النووي ، والماء الخالي من النوكلياز إلى حجم نهائي قدره 25 ميكرولتر. كان برنامج التضخيم الموصى به 5 دقائق عند 95 درجة مئوية. تليها 45 دورة من 15 ثانية عند 95 درجة مئوية و 30 ثانية عند 56-64 درجة مئوية ، مع جمع التألق عند 56-64 درجة مئوية. تم تحسين درجة حرارة التلدين (56-64 درجة مئوية) ، وتركيز التمهيدي (1-3 ميكرولتر) ، وتركيز المسبار (0.5-2.5 ميكرولتر) ، وتركيز القالب (1-5 ميكرولتر). تم إجراء التحليل الإحصائي لهذه النتائج باستخدام البرمجيات الإحصائية.
ddPCR واختبار حساسية تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي الفلوري تقدير
لتقييم حساسية ddPCR مقابل qPCR ، تم تخفيف البلازميد 1 × 108 نسخ / ميكرولتر T790M بشكل متسلسل 10 أضعاف باستخدام 1x TE Buffer لإنشاء تدرج تركيز يتراوح من 106 إلى 101 نسخة / ميكرولتر. بالنسبة ل ddPCR ، تم إعداد سبعة حلول تفاعلية وفقا لنظام ddPCR الأمثل ، واحد لكل تركيز ، بما في ذلك التحكم السلبي. تم تحميل العينات على شريحة مولد قطرات صغيرة ومعالجتها باستخدام أداة توليد القطرات لتوليد قطرات صغيرة. ثم تم تضخيم هذه القطرات باستخدام جهاز تدوير حراري PCR ثم تم تحليلها لاحقا بواسطة أداة الكشف عن تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي. في الوقت نفسه ، تم إعداد سبعة حلول تفاعلية بناء على نظام qPCR الأمثل ، مع قوالب متطابقة. تم تشغيلها على أداة PCR في الوقت الفعلي لتقييم حساسيات النهجين (ن = 3).
اختبارات تكرار ddPCR
لتقييم التكرار ، تم تخفيف الحمض النووي البلازميدي القياسي T790M عند 1 × 108 نسخ / ميكرولتر لتوليد معايير تركيز عالية (1 × 106 نسخ / ميكرولتر) ومتوسطة (1 × 104 نسخ / ميكرولتر) ومنخفضة (1 ×10 2 نسخة / ميكرولتر). تم إعداد ستة حلول تفاعل وفقا لنظام ddPCR الأمثل. تم تحميل العينات على شريحة مولد قطرات صغيرة ومعالجتها باستخدام أداة توليد القطرات لتشكيل قطرات صغيرة. ثم تم تضخيم القطرات الدقيقة باستخدام جهاز تدوير حراري وتحليلها بواسطة أداة الكشف عن تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي. تم تضمين عنصر تحكم سلبي. أجريت التجربة في ثلاث نسخ. تم تقييم قابلية التكاثر من خلال مقارنة ملفات تعريف التضخيم وحساب قيم معامل التباين (CV) من التكرارات التجريبية الثلاثة.
اختبار العينة التناظرية
من أجل اختبار موثوقية أنظمة ddPCR و qPCR لطفرة T790M ، استخدمنا دم الخنزير الممزوج بشكل عشوائي بتركيزات عالية ومنخفضة من البلازميدات القياسية الطفرة T790M على التوالي ، وتم استخدام دم الخنزير بدون بلازميدات قياسية مختلطة كعينات سلبية ، وتم تحضير 15 عينة محاكاة بشكل عشوائي ، وتم استخراج الحمض النووي من العينات المحاكاة ، وتم اكتشافها باستخدام طرق ddPCR و qPCR ، على التوالي.
التحليل الإحصائي
تم إجراء جميع التجارب في ثلاث تكرارات تقنية على الأقل. يتم عرض البيانات كمتوسط ± انحراف معياري (SD). تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج GraphPad Prism 10. تم تحليل الاختلافات بين المجموعات باستخدام اختبار t للطالب أو تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) حسب الاقتضاء. واعتبرت قيمة p أقل من 0.05 ذات دلالة إحصائية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تحسين استخراج الحمض النووي
يتم تلخيص سير العمل المستند إلى ddPCR للكشف عن طفرة EGFR T790M بشكل تخطيطي في الشكل 1. أولا ، حددنا درجة حرارة التحلل المثلى. كما هو موضح في الشكل 2 أ ، أسفرت درجة حرارة الانقسام البالغة 66 درجة مئوية عن أصغر متوسط قيمة Ct ، مما يشير إلى الانقسام الأكثر كفاءة. لذلك ، تم اختيار 66 درجة مئوية للتجارب اللاحقة. بعد ذلك ، قمنا بتحسين وقت التحلل عند درجة الحرارة المثلى المحددة البالغة 66 درجة مئوية. يوضح
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لطالما كان سرطان الرئة ، باعتباره السبب الرئيسي للوفيات المرتبطة بالسرطان في جميع أنحاء العالم ، نقطة محورية في البحث الطبي. في هذه الدراسة ، نستكشف العديد من الجوانب الحاسمة لسرطان الرئة ، بهدف تقديم رؤى أعمق حول تشخيصه وعلاجه وتشخيصه. حجر الزاوية في التشخيص الدقيق والعلاج لسرطان الرئة هو الاختبار الجيني الدقيق. كما أوضح Zhao et al.25 ، يعتمد الاختبار الجيني التقليدي بشكل كبير على عينات الأنسجة عالية الجودة ، وهو مكلف ويستغرق وقتا طويلا. يقدم نموذج DeepGEM ، الذي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
قسم العلوم والتكنولوجيا بمقاطعة يونان وجامعة كونمينغ الطبية مشروع خاص مشترك للبحث الأساسي التطبيقي ، 202101AY070001-134
مساهمة المؤلف
ساهم Youming Lei و Guoli Lv بالتساوي في هذا العمل وهما مؤلفان مشاركان في الأوائل. صمم Youming Lei و Guoli Lv وصمموا الدراسة. ساهم Qingmei Yang في جمع البيانات وتحليلها. أشرف جين دوان ويونفي شي على تحليل البيانات وتفسيرها ، وراجعوا المخطوطة ، ووافقوا على النسخة النهائية ليتم نشرها. لقد قرأ جميع المؤلفين المخطوطة النهائية ووافقوا عليها.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1 وأقات. TE Buffer | Sangon Biotech | B548144 | Tris-EDTA buffer يستخدم لتخفيف الحمض النووي |
| 4 مرات ؛ مزيج إنزيم Unimix-U | TargetingOne Bio | UNIMIXU-4X | ddPCR مزيج إنزيم |
| A300 سريع التدوير الحراري | LongGene | A300 | تضخيم PCR |
| محلل الرقاقة الحيوية | SEED Bio | DigitalPCR-Biochip | نظام الكشف عن الرقاقة الحيوية لجهاز |
| تحضير عينة علامة الإسقاط | PCR أداة Xinyi التكنولوجيا الحيوية | الرقمية منصة PCR الرقمية TD-2 | تحضير القطرات الدقيقة |
| طقم استخراج الحمض النووي للحبة المغناطيسية | LemnisCare Technology | MXP-1005 | رقاقة مولد استخراج الحمض |
| Microdroplet | TargetingOne Biotech | MG-Chip-01 | تستخدم لتوليد قطرات دقيقة ل ddPCR |
| NanoDrop | Allsheng | NC-500 | قياس تركيز الحمض النووي بعد استخراج |
| العينة مقياس الطيف الضوئي NanoDrop ND-500 | Allsheng الأدوات | ND-500 | مقياس الطيف الضوئي لقياس الحمض النووي |
| PCR أداة A300 Fast Heat Cycler | LongGene | A300 | Thermal Cycler لتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل |
| الاشعال ومسبار TaqMan | Sangon Biotech | بادئات مركبة حسب الطلب | ومسبار TaqMan للكشف عن T790M |
| أداة qPCR Gentier mini | Tianlong تقنية | Gentier mini | Real-time PCR أداة |
| T790M طفرة البلازميد | Tsingke علم الأحياء | T790M | المنحنى القياسي واختبار حد |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن