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Summary
O kit de DNA de DIAGNÓSTICO apresentado é um método de economia de tempo e fácil de usar para determinar a probabilidade confiável da presença de lesões de câncer colorretal.
Abstract
Hoje em dia, o DNA das fezes pode ser isolado e analisado por vários métodos. Os longos fragmentos de DNA nas fezes podem ser detectados por um ensaio qPCR, que fornece uma probabilidade confiável da presença de lesões colorretais pré-neoplásicas ou neoplásicas. Este método, chamado DNA longo fluorescência (FL-DNA), é um procedimento rápido e não invasivo que é uma melhoria no sistema de prevenção primário. Este método baseia-se na avaliação da integridade do DNA fecal por amplificação quantitativa de alvos específicos do DNA genômico. Em particular, a avaliação de fragmentos de DNA com mais de 200 bp permite a detecção de pacientes com lesões colorretais com especificidade muito alta. No entanto, este sistema e todos os testes de DNA de fezes disponíveis atualmente apresentam algumas questões gerais que precisam ser abordadas (por exemplo, a frequência em que os testes devem ser realizados e o número ideal de amostras de fezes coletadas em cada ponto de tempo para cada indivíduo). No entanto, a principal vantagem do FL-DNA é a possibilidade de usá-lo em associação com um teste atualmente utilizado no programa de triagem de CRC, conhecido como o exame de sangue oculto fecal à base imunoquímica (iFOBT). De fato, ambos os testes podem ser realizados na mesma amostra, reduzindo custos e obtendo uma melhor previsão da eventual presença de lesões colorretais.
Introduction
O câncer colorretal (CRC) deriva de um processo de várias etapas em que o epitélio saudável lentamente se desenvolve em adenomas ou pólipos, que progridem em carcinomas malignos ao longo do tempo1,,2. Apesar da alta taxa de incidência do CRC, observou-se tendência de queda no percentual de óbitos na última década3. De fato, as ferramentas de diagnóstico precoce adotadas em programas de triagem levaram à detecção e remoção precoce de adenomas pré-neoplásicos ou pólipos4. No entanto, devido aos diferentes limites técnicos, nenhum desses métodos é o ideal. De fato, para melhorar a sensibilidade e a especificidade, muitos testes de DNA de fezes foram propostos sozinhos ou em combinação com os testes de diagnóstico de rotina atuais5,6.
Tipicamente, a mucosa saudável se lança nos colonos apoptóticos do fluxo fecal, enquanto a mucosa doente esfolia colonos não apoptóticos. Fragmentos de 200 bp ou mais de comprimento caracterizam DNA não apoptótico. Este DNA é chamado de DNA longo (L-DNA) e tornou-se um biomarcador utilizado para o diagnóstico precoce do CRC. O L-DNA pode ser isolado da amostra de fezes e quantificado por qPCR usando um kit de DNA FL-DNA in vitrodiagnóstico 7,8,9,,10,,11,12.
O teste consiste em dois ensaios para a detecção de fragmentos de DNA FL variando de 138 bp a 339 bp. Cada ensaio permite a amplificação do FL-DNA (FAM) bem como o DNA de spike-in (HEX). Para garantir a amplificação ideal de todos os fragmentos, o teste foi dividido em dois ensaios (chamados "A" e "B"). O ensaio A detecta duas regiões do exon 14 do gene APC (NM_001127511) e um fragmento de exon 7 do gene TP53 (NM_001276760). O ensaio B detecta um fragmento de exon 14 do gene APC (NM_001127511) e duas regiões dos gônons 5 e 8 do gene TP53 (NM_001276760). Os ensaios não distinguem entre as regiões detectadas. O DNA de pico corresponde ao DNA do salmão Oncorhynchus keta e permite verificar que o procedimento foi feito corretamente e verifica a possível presença de inibidores, o que pode produzir resultados falsos negativos. A concentração fl-DNA é avaliada por quantificação absoluta usando o método de curva padrão e é expressa como ng/reação.
O método FL-DNA é um teste de DNA de fezes não invasivo e barato que, combinado com o exame de sangue oculto fecal à base imunoquímica (iFOBT), é atualmente usado em programas de triagem de CRC e permite melhores previsões de LESÕES de Adenomas de CRC e/ou de alto risco12.
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Protocol
Os pacientes foram recrutados no Istituto Scientifico Romagnolo por lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST) de Meldola (FC, Itália) entre 2013 e 2015. Os pacientes inscritos estavam no protocolo IRSTB002, aprovado pelo Comitê de Ética do IRST - IRCCS AVR (25/10/2012, ver. 1). Todos os métodos foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentos pertinentes. O consentimento informado por escrito foi obtido de todos os pacientes.
1. Extração de DNA de fezes
- Use um kit para preparar amostras de fezes (ver Tabela de Materiais). Selecione e trate o material fecal realizando a extração de acordo com as instruções do fabricante. Amplie o DNA purificado diretamente ou armazene a -20 °C para análise posterior.
2. Preparação de controle positivo, padrões, DNA de pico e amostras clínicas
- Elaboração de normas e amostras
- Para preparar o controle positivo, padrões, DNA de pico e todas as amostras clínicas, centrífugue uma alíquota de controle positivo, padrões e DNA de pico, em seguida, resuspend cada reagente adicionando a quantidade correta de água fornecida (veja abaixo). Então, cuidadosamente vórtice o controle positivo, padrão, e pico-in DNA, em seguida, centrífuga para 10 s. Para obter uma ressuspensão completa dos reagentes secos, armazene os reagentes líquidos à temperatura ambiente (RT) por 30 minutos antes do uso.
- O controle positivo é o DNA humano em um formato seco. Resuspenque cada alíquota com 750 μL de água.
- O DNA de espigão é o DNA do salmão(Oncorhynchus keta),que é usado como um controle interno exógeno para verificar a possível presença de inibidores em amostras de DNA extraídas de fezes. Resuspenque cada alíquota com 100 μL de água.
- Para preparar a curva padrão, produza quatro diluições de 1:5 a partir da solução de estoque. Os pontos padrão devem ser 10 ng/reação, 2 ng/reação, 0,4 ng/reação e 0,08 ng/reação.
- Para preparar o controle positivo, padrões, DNA de pico e todas as amostras clínicas, centrífugue uma alíquota de controle positivo, padrões e DNA de pico, em seguida, resuspend cada reagente adicionando a quantidade correta de água fornecida (veja abaixo). Então, cuidadosamente vórtice o controle positivo, padrão, e pico-in DNA, em seguida, centrífuga para 10 s. Para obter uma ressuspensão completa dos reagentes secos, armazene os reagentes líquidos à temperatura ambiente (RT) por 30 minutos antes do uso.
- Preparação do DNA de 1x
- Prepare o controle de DNA logo antes do uso.
- Prepare o controle de DNA de 1x spike-in misturando 5 μL de pico FL-DNa com 20 μL de água estéril. O número de amostras de controle de DNA de 1x será preparado de acordo com o número de amostras a serem analisadas, além do controle positivo.
- Preparação de amostras
- Misture 75 μL das amostras (amostras clínicas ou controle positivo) com 25 μL de DNA de 1x, produzindo um volume total de 100 μL.
3. Amplificação e determinação do valor FL-DNA utilizando qPCR Easy PGX
NOTA: Misturas completas de amplificação contendo primers e sondas específicas visando o DNA humano e o controle interno são fornecidas em formato liofilizado em 8 tiras de poço para FL-DNA Mix A e FL-DNA Mix B. Padrões, controles positivos e negativos, e as amostras devem ser amplificadas com ambas as misturas liofilizadas. As amostras clínicas só devem ser amplificadas em duplicata com ambas as misturas liofilizadas.
- Consulte a Tabela de Materiais para instrumentos e software operacional qPCR.
- Abra o software operacional e configure a placa e o perfil térmico:
- Configure a placa como mostrado na Tabela 1.
- Defina o tipo de poço para todas as oito posições na coluna 1 como Padrão.
- Defina o tipo de poço para os poços A2 e B2 como NTC.
- Defina o tipo de poço para C2 e D2 (os controles positivos) como Desconhecido.
- Defina o tipo de poço para todas as outras posições como Desconhecido.
- Selecione todas as 96 posições e adicione os Corantes FAM e HEX. Clique em Sincronizar placa.
- Defina o perfil térmico de acordo com a Tabela 2.
- Configure a placa como mostrado na Tabela 1.
- Centrifugar o número necessário de tiras para 10 s para trazer o conteúdo para o fundo do tubo.
- Remova suavemente as vedações das tiras, prestando atenção para reter o conteúdo e adicione às respectivas tiras: controle negativo: 20 μL de água; amostra: 20 μL de DNA; curva padrão: 20 μL de padrão 1, 2, 3 ou 4; controle positivo: 20 μL de controle positivo.
- Feche cuidadosamente todas as tiras usando as tampas ópticas planas de 8 tiras e vórtice por alguns segundos.
- Centrifugar as tiras por 10 s e carregá-las no instrumento. Então, comece a corrida.
- Abra o software operacional e configure a placa e o perfil térmico:
4. Análise de dados
NOTA: A análise dos dados pode ser realizada automaticamente ou manualmente, dependendo do software (ver Tabela de Materiais).
- No final da corrida, selecione as colunas A, C, E, G para "FAM: FL-DNA-A" e"HEX: IC", e colunas B, D, F, H para "FAM: FL-DNA-B" e"HEX: IC".
- Definir o seguinte para o Valor de Partida das Quantidades Padrão: 10 ng/reação para poços A1 e B1, 2 ng/reação para C1 e D1, 0,4 ng/reação para E1 e F1, e 0,08 ng/reação para G1 e H1.
- Definir valores de fluorescência limiar para 150 tanto para canais FAM (FL-DNA A e FL-DNA B) quanto HEX (IC).
- Na tabela de resultadosda caixa, clique em Opções de Coluna | Selecione Todos | Ok para obter os resultados em ambos os canais com seus respectivos valores Cq (⁄R) e R.
NOTA: Esses valores são fornecidos pelo software de instrumento PCR em tempo real. ΔR corresponde ao valor de fluorescência normalizado ao último ciclo de amplificação. - Na tabela de resultados da caixa, clique com o botão direito do mouse na tabela para abrir o menu de contexto e clique em Enviar para Excel para exportar os dados brutos.
- Verifique os valores das normas para verificar a adequação da curva padrão.
- Para cada mistura FL-DNA, verifique a coluna R2 ["R² (⁄R)" e eficiência ["Eficiência (%)" coluna] valores. Se estiverem em uma faixa aceitável, é possível prosseguir com a análise de acordo com as instruções do fabricante(Tabela 3).
- Se os resultados do canal FAM não estiverem na faixa esperada, omita um ponto da curva padrão e reanalise a corrida.
- Determinar os valores dos controles negativos e positivos com a seguinte fórmula, considerando os valores "No Cq" como zero:
- Compare os valores obtidos com os informados na Tabela 4.
- Se os controles de reação estiverem na faixa de valores esperados, proceda com a análise das amostras.
NOTA: Verifique se os valores do Cq obtidos são gerados a partir de uma reação de amplificação real (curva de fluorescência sigmoidal) e não de um artefato (curva de fluorescência linear). - Para analisar a adequação da amostra para cada mistura FL-DNA, compare os valores de Cq do canal HEX. Se o valor for ≥16, proceda com a análise das amostras. Se o valor for <16 ou não houver Cq, é provável que seja devido a um erro de dispensação do Pico DE DNA FL. Portanto, não é possível analisar as amostras.
- Calcule a média dos valores do Cq no canal "HEX" do controle positivo usando a seguinte fórmula:
- Calcule a média dos valores do Cq no canal "HEX" da amostra replica-se usando a seguinte fórmula:
- Calcule os valores de CqHEX de acordo com a seguinte fórmula:
- Compare os valores de CqHEX das amostras com os relatados na Tabela 5.
- Para cada mix (Mix A e Mix B), compare os valores de Cq do canal FAM com os relatados na Tabela 6.
- Para determinar o valor FL-DNA de cada amostra adequada, utilize a seguinte fórmula, considerando os valores "No Cq" como zero:
NOTA: O risco e prevalência de câncer colorretal é uma função das avaliações do iFOBT e fl-DNA de acordo com os resultados do nomograma fagan obtidos por Rengucci et al.12 (Tabela 7).
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Representative Results
O fluxo de trabalho deste protocolo é mostrado na Figura 1. O fluxo de trabalho fornece duas etapas de controle e ações diferentes de acordo com os resultados desta etapa. Em primeiro lugar, se uma amostra apresenta controles inadequados, a amplificação deve ser repetida. Em segundo lugar, se a amplificação for inibida, a amostra deve ser reprocessada desde o início ou classificada como não valiosa.
A Figura 2 mostra as curvas de fluorescência produzidas por amostras positivas e negativas. (A) Mostrado é um exemplo de uma amostra positiva adequada. O sinal de amostra no canal HEX está dentro do alcance aceitável. O sinal positivo está acima do limiar no canal FAM. (B) Mostrado é um exemplo de uma amostra negativa/não positiva adequada. O sinal de amostra está dentro do intervalo aceitável no canal HEX. O sinal de controle negativo está abaixo do limiar no canal FAM. (C) Mostrado é um exemplo de uma amostra não adequada. O sinal de amostra não está dentro do alcance aceitável no canal HEX; assim, uma inibição potencial pode ser assumida. Esta amostra deve ser repetida, a partir da extração.
Figura 1: Fluxo de trabalho para quantificação de DNA FL. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Curvas de fluorescência mostrando a amplificação dos genes de destino Mix A (ou Mix B) (FAM do canal) e controle interno (canal HEX). (A) Amostra positiva do DNA FL. (B) Amostra negativa do DNA FL. (C) Inibição da amplificação da amostra. Curva vermelha: controle positivo; curva verde: controle negativo; curva preta: amostra clínica. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | X | |||
Um | Padrão 1 | Água | DNA2 | DNA4 | DNA6 | DNA8 | DNA10 | DNA12 | DNA14 | DNA16 | DNA18 | DNA20 | 1 | FL-DNA Mix A | |
B | Padrão 1 | Água | DNA2 | DNA4 | DNA6 | DNA8 | DNA10 | DNA12 | DNA14 | DNA16 | DNA18 | DNA20 | 2 | Mistura FL-DNA B | |
C | Padrão 2 | Pos | DNA2 | DNA4 | DNA6 | DNA8 | DNA10 | DNA12 | DNA14 | DNA16 | DNA18 | DNA20 | 3 | FL-DNA Mix A | |
D | Padrão 2 | Pos | DNA2 | DNA4 | DNA6 | DNA8 | DNA10 | DNA12 | DNA14 | DNA16 | DNA18 | DNA20 | 4 | Mistura FL-DNA B | |
E | Padrão 3 | DNA1 | DNA3 | DNA5 | DNA7 | DNA9 | DNA11 | DNA13 | DNA15 | DNA17 | DNA19 | DNA21 | 5 | FL-DNA Mix A | |
F | Padrão 3 | DNA1 | DNA3 | DNA5 | DNA7 | DNA9 | DNA11 | DNA13 | DNA15 | DNA17 | DNA19 | DNA21 | 6 | Mistura FL-DNA B | |
G | Padrão 4 | DNA1 | DNA3 | DNA5 | DNA7 | DNA9 | DNA11 | DNA13 | DNA15 | DNA17 | DNA19 | DNA21 | 7 | FL-DNA Mix A | |
H | Padrão 4 | DNA1 | DNA3 | DNA5 | DNA7 | DNA9 | DNA11 | DNA13 | DNA15 | DNA17 | DNA19 | DNA21 | 8 | Mistura FL-DNA B |
Tabela 1: Placa de configuração com distribuição de controle, curva e amostras. A coluna X indica o número impresso na parte superior da tira.
Passo | Temperatura e tempo |
Início quente (1 ciclo) | 95 °C por 5 min |
Amplificação (40 ciclos) | 95 °C para 15 s 54 °C para 15 s 60 °C para 45 s (Coleta de Dados) |
Tabela 2: Perfil térmico para amplificação de DNA.
Tabela 3: Gama de valores de canais HEX e FAM dos padrões para verificar a adequação da curva padrão.
Tabela 4: Gama de valores de canais HEX e FAM de controles negativos e positivos para verificar a adequação da execução.
Tabela 5: Intervalo de valores de canal HEX e FAM de amostras para verificar a adequação da análise da amostra.
Tabela 6: Misture os valores de Cq A e Mix B do canal FAM para verificar a adequação da análise FL-DNA.
Tabela 7: Avaliação do risco de câncer em função dos valores iFOBT e FL-DNA. De acordo com a relação entre os valores do iFOBT e do DNA fl-DNA, a tabela estima a probabilidade de lesões neoplásicas colorretais.
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Discussion
Estudos anteriores demonstraram que a análise da integridade do DNA das fezes extraídas por abordagens manuais e semiautomáticas pode representar uma ferramenta alternativa para a detecção precoce das lesões colorretais7,,8,,9,,10,,11,,12. Testes de triagem molecular e não invasivo foram desenvolvidos ao longo dos anos para a detecção de câncer colorretal, mas a difusão generalizada desses métodos é limitada devido a abordagens demoradas e baixo custo-efetividade em comparação com outros testes de triagem.
Esta abordagem é relativamente barata e não muito demorada. Também tem maior precisão na detecção de lesões colorretais devido a um novo procedimento que requer poucas etapas manuais. A abordagem descrita aqui é rápida com menos passos manuais, e é capaz de ser facilmente realizada em muitas amostras por semana. A extração de DNA não apresenta questões particulares e pode ser realizada através de etapas manuais fáceis ou uso de um instrumento automático. Neste último caso, é necessário determinar o instrumento automático de extração de DNA, permitindo os resultados mais reprodutíveis. O passo mais crítico da extração de DNA é a coleta de fezes e método de seu armazenamento antes da extração de DNA. É aconselhável manter as fezes congeladas e prosseguir com a extração o mais rápido possível.
Outra questão crítica é representada por possíveis inibidores das reações de amplificação. A extração fecal não é capaz de purificar o DNA genômico, pois as impurezas comprometem a reação correta de amplificação. Nesse sentido, o protocolo requer o uso de DNA de pico para verificar a presença/ausência de inibidores de reação.
Até recentemente, o exame de sangue oculto fecal é a principal abordagem utilizada para detectar lesões colorretais em programas de triagem; embora, ele apresenta alguns limites em termos de precisão. Uma estratégia alternativa para o diagnóstico do câncer colorretal baseia-se na análise do DNA de células esfoliadas excretadas nas fezes. Várias abordagens foram avaliadas no último ano, mas nenhuma está disponível para uso em programas de triagem.
O valor de integridade fl-DNA pode ser uma alternativa útil, que em combinação com o valor padrão do teste iFOBT de triagem, pode prever a presença de tumores e/ou adenomas de alto risco11,12 por uma abordagem Fagan Nomogram10 (Tabela 7). Esta abordagem estima a probabilidade combinada de teste de presença de lesão neoplásica, melhorando a precisão diagnóstica em comparação com a abordagem padrão utilizada isoladamente.
Essas informações podem ajudar os médicos no planejamento de exames diagnósticos, além de uma colonoscopia adequada e personalização de sua vigilância. De fato, o kit FL-DNA simplifica as etapas manuais e garante resultados estáveis e consistentes. No entanto, algumas questões permanecem a ser esclarecidas para melhorar a precisão diagnóstica do método. Por exemplo, a frequência em que os testes devem ser realizados e o número de amostras de fezes que precisam ser analisadas em momentos específicos para cada indivíduo devem ser cuidadosamente selecionados. Dado que este teste deve ser realizado simultaneamente com o iFOBT, um método que requer coleta a cada 2 anos, como é padrão em inúmeros protocolos de triagem, é necessário verificar a eficácia deste teste como uma substituição ou alternativa aos testes de triagem atuais.
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Disclosures
Maura Menghi é funcionária em tempo integral da Diatech Pharmacogenetics srl.
Acknowledgments
Os autores não têm reconhecimentos.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL and 2 mL polypropylene twist-lock tubes (DNase-, RNase-, DNA-, PCR inhibitor-free) | Consumables required for DNA extraction and Real Time PCR | ||
Absolute Ethanol (quality of analytical degree) | Reagent required for DNA extraction | ||
Benchtop centrifuge | Maximum speed of 20000 x g. Instrument required for DNA extraction | ||
EasyPGX analysis software version 2.0.0 | Diatech Pharmacogenetics | RT800-SW | Analysis software |
EasyPGX centrifuge/vortex 8-well strips | Diatech Pharmacogenetics | RT803 | Instrument recommended for the Real Time PCR assay |
EasyPGX qPCR instrument 96 | Diatech Pharmacogenetics | RT800-96 | Instrument recommended for the Real Time PCR assay |
EasyPGX ready FL-DNA | Diatech Pharmacogenetics | RT029 | Kit required for the Real Time PCR assay |
Micropipettes (volumes from 1 to 1.000 µL) | Consumables required for DNA extraction and Real Time PCR | ||
Powder-free disposable gloves | Consumables required for DNA extraction and Real Time PCR | ||
QIAamp Fast DNA Stool | Qiagen | 51604 | Kit recommended for the DNA extraction and purification from stool |
Sterile filter tips DNase-, RNase-free (volumes from 1 to 1.000 µL) | Consumables required for DNA extraction and Real Time PCR | ||
Thermal block e.g. EasyPGX dry block | Diatech Pharmacogenetics | RT801 | Instrument required for DNA extraction |
Vortex e.g. EasyPGX centrifuge/vortex 1.5 ml | Diatech Pharmacogenetics | RT802 | Instrument required for DNA extraction |
References
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Pesquisa do Câncer Questão 160 integridade do DNA das fezes lesões de câncer colorretal adenomas colorretais de alto risco método de câncer colorretal diagnóstico qPCR FL-DNA iFOBTErratum
Formal Correction: Erratum: Evaluation of Colorectal Cancer Risk and Prevalence by Stool DNA Integrity Detection
Posted by JoVE Editors on 09/28/2020.
Citeable Link.
An erratum was issued for: Evaluation of Colorectal Cancer Risk and Prevalence by Stool DNA Integrity Detection. An affiliation was updated.
The first affiliation was updated from:
Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST)
to:
Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST) IRCCS, Meldola, Italy