Η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (NGS) και η μοριακή διάγνωση στην κλινική πράξη

Τι είναι η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (NGS-next generation sequencing); Ποιες προκλήσεις (τεχνικές, υλικοτεχνικές και βιοπληροφορικές) πρέπει να αντιμετωπιστούν για την παροχή ιατρικής ακριβείας στην καθημερινή κλινική πρακτική; Έχουν τις ίδιες δυνατότητες πρόσβασης στη μοριακή διάγνωση όλες οι χώρες; Πόσο γρήγορα η μοριακή διάγνωση θα προχωρήσει περαιτέρω στην καθημερινή κλινική πράξη;

Αυτά είναι μερικά από τα ερωτήματα που απαντώνται στο εξαιρετικά ενδιαφέρον άρθρο της Καθηγήτριας Βιολογίας, Γενετικής – Νανοϊατρικής, στην Ιατρική Σχολή ΕΚΠΑ, κας Μαρίας Γαζούλη.

Επιμέλεια κειμένου: Ρούλα Σκουρογιάννη

Η Ιατρική Ακριβείας συνιστά μία νέα προσέγγιση της ιατρικής που προσαρμόζει την περίθαλψη στις ιδιαίτερες ανάγκες κάθε ξεχωριστού ασθενή με βάση το γενετικό του προφίλ και τα κλινικά ευρήματα.

Πού χρησιμοποιείται η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (NGS)

Η NGS είναι μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό αλληλουχιών DNA και RNA και την ανίχνευση παθογόνων μεταλλάξεων, η οποία έχει βοηθήσει σημαντικά στην αποκρυπτογράφηση της γενετικής βάσης διαφόρων νοσημάτων, όπως για παράδειγμα ο καρκίνος. Μπορεί ακόμα με την NGS να μελετηθεί και η έκφραση διαφόρων γονιδίων ανεξάρτητα αν φέρουν μεταλλάξεις ή όχι. Έχει οδηγήσει στη βαθύτερη κατανόηση των γενετικών αλλαγών που κρύβονται πίσω από τη διάγνωση και έχει επιτρέψει την εξατομικευμένη θεραπευτική προσέγγιση σε αρκετές περιπτώσεις.

Πόσο εύκολα προσβάσιμη είναι η συγκεκριμένη τεχνολογία;

Το να ξεδιπλωθεί μια μοριακή διαγνωστική προσέγγιση με βάση το NGS τόσο σε Ευρωπαϊκό όσο και σε Παγκόσμιο επίπεδο δεν είναι απλή προσπάθεια. Ενώ ορισμένες χώρες έχουν κάνει σημαντικά βήματα προόδου, άλλες -μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα- υστερούν στην ανάπτυξη υποδομών κατάλληλων να ενσωματωθούν στην καθημερινή κλινική πράξη. Η αλήθεια είναι ότι οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση βιοδεικτών για διάγνωση ή επιλογή θεραπείας δεν περιορίζονται μόνο στη χρήση του NGS, αλλά μπορούν να γίνουν και με ανοσοϊστοχημεία για ανίχνευση της πρωτεΐνης ή με τη μέθοδο του in situ υβριδισμού (FISH) για την ανίχνευση της παρουσίας ενός ενισχυμένου γονιδίου, όμως τα πράγματα τώρα αρχίζουν να αλλάζουν, με τη χρήση πιο εκτεταμένων δοκιμών για την λήψη περισσοτέρων χρήσιμων πληροφοριών και κάποια κράτη εντόπισαν πιο γρήγορα τη χρησιμότητα του NGS από άλλα.

Η πρόσβαση στη μοριακή διάγνωση εξακολουθεί να είναι αποσπασματική, παγκοσμίως

Όσον αφορά την Ευρώπη, χώρες όπως η Γερμανία, Δανία, Σουηδία, Φινλανδία,  παρουσιάζουν υψηλή ενσωμάτωση του NGS στην κλινική πράξη και γενικά οι χώρες που επενδύουν στην ανάπτυξη σύγχρονων υποδομών στα νοσοκομεία τους είχαν την μεγαλύτερη ενσωμάτωση των σύγχρονων μοριακών εργαλείων. Και φυσικά, επί του παρόντος είναι αδύνατο να γίνει αλληλούχιση όλων των δειγμάτων από μια ασθένεια, η αν μιλάμε για καρκίνο όλων των όγκων.

Είναι σημαντικό να υπάρχουν οδηγίες για μια προσαρμοσμένη προσέγγιση για την επιλογή των σωστών δειγμάτων, στους σωστούς ασθενείς, την κατάλληλη στιγμή και με το σωστό γονιδιακό πάνελ.

Πράγματι, ο αριθμός των βιοδεικτών που μπορούν αυτή τη στιγμή να μας δώσουν πληροφορίες και να κατευθύνουν την θεραπευτική προσέγγιση παραμένει αρκετά περιορισμένος, ελπίζοντας ότι -με τις γνώσεις που αποκτούμε- θα αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα χρόνια.

Υπάρχουν περιπτώσεις όπου η αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και εκτός ερευνητικού περιβάλλοντος και να συνεισφέρει στην κλινική πράξη, όπως για παράδειγμα ο προσυμπτωματικός έλεγχος των ασθενών πριν συμπεριληφθούν σε κλινικές μελέτες, ώστε να εντοπιστούν οι ασθενείς με μεταλλάξεις, ή επίσης σε περιπτώσει καρκίνων αγνώστου πρωτογενούς προέλευσης. Ο συνδυασμός των μεταλλάξεων με τον προσδιορισμό της έκφρασης των γονιδίων είναι σε θέση να αναγνωρίσει έναν πρωτογενή ιστό προέλευσης του όγκου έως και 90% των περιπτώσεων, ίσως και ακόμη περισσότερο.

Η χρήση των μοριακών υπογραφών των ασθενειών

Μία προσέγγιση στη μοριακή διαγνωστική που έχει ευρέως υιοθετηθεί σήμερα είναι η χρήση των μοριακών υπογραφών των ασθενειών. Είναι βασικό να εντοπιστούν και να συζητηθούν πιθανές στοχευμένες θεραπευτικές στρατηγικές που βασίζονται σε μοριακά διαγνωστικά αποτελέσματα και άλλους παράγοντες, όπως οι συννοσηρότητες ενός ασθενούς και  η προηγούμενες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Και είναι γεγονός ότι η προσέγγιση αυτή βελτιώνει σημαντικά την έκβαση. Προς αυτή την προσέγγιση της μοριακής διάγνωσης είναι σημαντική και απαραίτητη η διεπιστημονική συνεργασία, για παράδειγμα ο ογκολόγος μόνος του δεν μπορεί να γνωρίζει την ιστολογική παραλλαγή του αδενοκαρκινώματος του παγκρεατικού πόρου που είναι εμπλουτισμένο με μικροδορυφορική αστάθεια, και χρειάζεται την εκτίμηση του παθολογοανατόμου, ή να εντοπίσει εάν υπάρχουν μεταλλάξεις σε κρίσιμα γονίδια και απαιτείται η συμβολή του βιολόγου όπου θα βεβαιώσει επίσης ότι  θα χρησιμοποιηθεί η κατάλληλη μοριακή δοκιμή και θα γίνει με το σωστό τρόπο στο σωστό δείγμα. Εκτός από την ανάγκη της διεπιστημονικής συνεργασίας, είναι επίσης κρίσιμης σημασίας η επαρκής πρακτική κατάρτιση και η έκθεση σε νεότερες τεχνολογίες για τόσο των ιατρών όσο και των βιολόγων/γενετιστών, κάτι που λείπει σε μεγάλο βαθμό στο εκπαιδευτικό σύστημα της χώρας μας.

Καθώς σήμερα, απομακρυνόμαστε πλέον από τις αναλύσεις ενός γονιδίου, προς την ανάλυση  πολλαπλών πάνελ βιοδεικτών και ανάλυση μεγάλων δεδομένων, πρέπει να δοθεί περισσότερη σημασία στη βιοπληροφορική εκπαίδευση στο πλαίσιο των υπηρεσιών υγείας, καθώς είναι απαραίτητο οι βιοπληροφορικοί που κάνουν την πρωτογενή ανάλυση να μπορούν να εκτιμήσουν την βιολογική σημασία και όχι να βασίζονται απλά σε έναν αλγόριθμο.

Ποια στρατηγική θα έκανε πιο προσβάσιμη την τεχνολογία NGS

Εάν επενδύαμε στα νοσοκομεία ώστε να αναπτυχθούν μονάδες που θα εκτελούν γονιδιωματικές αναλύσεις με βάση το NGS, με in-house δοκιμές και με πιο οικονομικό και αποτελεσματικό τρόπο, περισσότεροι ασθενείς θα μπορούσαν να έχουν πρόσβαση στην υπηρεσία, θα μειωθεί ο χρόνος για τη λήψη αποτελεσμάτων και οι γιατροί θα έχουν άμεσα πρόσβαση ώστε να καθοδηγήσουν τις θεραπευτικές τους αποφάσεις. Είναι γεγονός ότι οι μοριακές αναλύσεις όπως και το NGS χρειάζονται έμπειρους επαγγελματίες, που σε πολλές χώρες ανάμεσα τους και η Ελλάδα, έχει οδηγήσει στον περιορισμό των δοκιμών στον ιδιωτικό κυρίως τομέα και σε κάποιες περιπτώσεις σε ένα κεντρικό εργαστηριακό σύστημα.

Η χρήση των μοριακών διαγνωστικών εργαλείων όπως το NGS θα διευρύνει τις ανισότητες;

Είναι γεγονός ότι για πολλούς ασθενείς η πρόσβαση σε τέτοιες αναλύσεις ακόμα δεν προσφέρεται. Το κόστος είναι ένα βασικό ζήτημα. Δεν είναι πάντα εύκολο να επιδειχθεί η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, αλλά το πρόβλημα έγκειται περισσότερο στις αντιλήψεις για το κόστος παρά στο πραγματικό κόστος, γιατί το πραγματικό κόστος δεν είναι τόσο μεγάλο. Aν δούμε όμως κάθε είδους χειρουργική επέμβαση ή οποιοδήποτε είδος γενικής χημειοθεραπείας που μπορεί να μην είναι και η κατάλληλη για έναν ασθενή, το κόστος είναι πολύ μεγαλύτερο.

Δεν εξετάζουμε το κόστος με τον σωστό τρόπο. Το πραγματικό θέμα του κόστους δεν σχετίζεται τόσο με τις δοκιμές αλλά με τα φάρμακα ακριβείας, για τα οποία οι δοκιμές μπορεί να δείξουν εάν θα ωφελήσουν ή όχι έναν δεδομένο ασθενή.

Εδώ, υπάρχει το πρόβλημα με τη διαδικασία της αποζημίωσης, καθώς ο ασθενής αποζημιώνεται για πολύ ακριβά φάρμακα αλλά όχι για τις εξετάσεις που, για ένα κλάσμα του κόστους του φαρμάκου, θα μπορούσε να επιλεγεί ο  κατάλληλος για αυτή τη θεραπεία ασθενής. Αποζημιώνεται μια θεραπεία, που κοστίζει περίπου 50.000€ ανά έτος, αλλά δεν έχουμε αποζημίωση για τις εξετάσεις 1000 ευρώ ώστε να επιλεγεί ο ασθενής που πραγματικά χρειάζεται το φάρμακο!

Έχει γίνει κάποια πρόοδος αλλά υπάρχει πολύ δρόμος ακόμα και για θεραπείες που δεν αφορούν μόνο την ογκολογία και θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα θεραπευτικά πρωτόκολλα, όπως επικαιροποιούνται από τις Διεθνείς, Ευρωπαϊκές και Εθνικές επιστημονικές εταιρείες αναφορικά με την αναγκαιότητα των μοριακών διαγνωστικών δοκιμών.

Με αυτά τα δεδομένα, υπάρχει η ανησυχία ότι η αυξανόμενη σημασία της ιατρικής ακριβείας θα μπορούσε να διευρύνει τις υπάρχουσες ανισότητες στη θεραπευτική προσέγγιση.

Επίσης, πρέπει να λάβουμε υπόψη μας ότι στις γενετικές αναλύσεις, υπάρχει διαφορά μεταξύ των διαφόρων εθνοτήτων των οποίων τα γενετικά προφίλ και η ευαισθησία τους σε διάφορα νοσήματα θα διαφέρει, και εάν όλοι οι αλγόριθμοι αναπτύσσονται με βάση τα δεδομένα που είναι ήδη διαθέσιμα, και τα περισσότερα από τα διαθέσιμα δεδομένα προέρχονται από χώρες υψηλότερου εισοδήματος, στο τέλος, απλώς δημιουργούμε ένα ευρύτερο και μεγαλύτερο χάσμα.

Επιπρόσθετα, είναι σημαντικό να γίνουν περισσότερες προσπάθειες για να διασφαλιστεί ότι οι ασθενείς έχουν όλες τις πληροφορίες που χρειάζονται.

Γενικά, η επίγνωση μεταξύ των ασθενών είναι περιορισμένη, λείπει η σωστή εκπαίδευση των ασθενών. Δεν πρέπει να δίνουμε ψεύτικες ελπίδες, πρέπει να γίνει κατανοητό ότι μόνο και μόνο επειδή γίνονται δοκιμές NGS, δεν σημαίνει ότι υπάρχει πάντα ένδειξη  για στοχευμένη θεραπεία ή ότι η θεραπεία που ενδείκνυται είναι προσβάσιμη.

Υπάρχει ανησυχία ότι ο γονιδιωματικός έλεγχος μπορεί να έχει και ψυχολογικό αντίκτυπο στους ασθενείς. Είναι πιθανό ότι οι ασθενείς μπορεί να έχουν μεγάλες ελπίδες για νέες θεραπείες, και να νιώσουν απογοήτευση εάν δεν βρεθεί ότι είναι επιλέξιμοι για αυτές.

Η υγρή βιοψία

Πόσο γρήγορα η μοριακή διάγνωση θα προχωρήσει περαιτέρω στην καθημερινή κλινική πράξη μένει να φανεί με προσοχή, αλλά μια καινοτομία που μπορεί να βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση είναι η υγρή βιοψία.

Για παράδειγμα, στην ογκολογία μπορεί να ανιχνευθεί κυκλοφορορούν DNA από τα κύτταρα του όγκου (ctDNA) σε δείγματα αίματος, επιτρέποντας την ανάλυση με NGS χωρίς απευθείας δειγματοληψία από τη θέση του όγκου και επομένως με λιγότερο επεμβατικές τεχνικές.

Το σημαντικό είναι ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την υγρή βιοψία για να αναζητήσουμε μια σειρά από διαφορετικές μεταλλάξεις και να έχουμε ένα αποτέλεσμα σε σχετικά γρήγορο χρονικό πλαίσιο, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί μια κλινική απόφαση για έναν ασθενή, και ιδιαίτερα στην προσπάθεια για την αντιστοίχιση ασθενών με κλινικές δοκιμές. Επί του παρόντος, η υγρή βιοψία για το EGFR στον καρκίνο του πνεύμονα αποζημιώνεται σε ορισμένες ευρωπαϊκές χώρες.

Κοιτώντας το μέλλον, όσο η κατανόηση των βιοδεικτών αυξάνει, θα χρειαζόμαστε τελικά ένα επιλεγμένο, ευέλικτο πάνελ γονιδίων που είναι γνωστό ότι παίζουν ένα ρόλο στην δεδομένη ασθένεια. Για να φτάσουμε σε αυτό το σημείο θα πρέπει να έχει προσδιοριστεί η αλληλουχία πάρα πολλών γονιδιωμάτων ανά ασθένεια σε διάφορες εθνότητες, ώστε να βεβαιωθούμε ότι έχουμε μάθει όλα όσα χρειαζόμαστε για να σχεδιάσουμε κατάλληλα διαγνωστικά εργαλεία.

Πρωτοβουλίες που παρέχουν πρόσβαση σε γονιδιωματικά δεδομένα διαφόρων ασθενειών, με σχολιασμό κλινικών αποτελεσμάτων για δεκάδες χιλιάδες ασθενείς που υποβάλλονται σε θεραπεία σε πολλά ιδρύματα παγκοσμίως, είναι σημαντική, χρειάζονται όμως πόροι για την επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας για να έχουμε αξιόπιστους μοριακούς δείκτες για τον προσδιορισμό των κατάλληλων θεραπειών.

Αυτό μπορεί να επιτρέψει για παράδειγμα στους ογκολόγους να γνωρίζουν εκ των προτέρων, ποιοι ασθενείς είναι πιθανό να υποφέρουν από περιφερική νευροπάθεια αν τους χορηγηθεί αγωγή με οξαλιπλατίνη.

Αυτό που είναι πλέον κρίσιμο, είναι να αναπτυχθεί ένα πλαίσιο για τη βελτιωμένη πρόσβαση στη μοριακή διάγνωση που θα ωφελούσε τους ασθενείς. Χρειαζόμαστε τη διερεύνηση περισσότερων και καλύτερων στοιχείων που να αποδεικνύουν την κλινική και την οικονομική αξία αυτών των δοκιμών, όπως και νέα μοντέλα διαφανούς τιμολόγησης και αποζημίωσης, τα οποία να επιβραβεύουν την καινοτομία για την εξασφάλιση των καλύτερων αποτελεσμάτων για τους ασθενείς.