L’avènement de la médecine  » de précision  » se caractérise par de nombreuses nouvelles améliorations des méthodes et régimes diagnostiques, pronostiques et thérapeutiques. Dans le cadre de cette initiative, l’accent a été mis sur la minimisation de la quantité de tissus nécessaires aux tests via des procédures moins invasives et plus sûres. Une méthode qui a suscité un intérêt considérable ces dernières années est la « biopsie liquide ». Bien que les définitions varient quant à la signification précise de ce terme, il peut être considéré comme le prélèvement d’un échantillon de liquide corporel pour tester les biomarqueurs pertinents afin d’informer la prise en charge du patient. Elle s’applique le plus souvent au prélèvement de sang périphérique pour l’analyse des acides désoxyribonucléiques (ADN) tumoraux circulants exempts de cellules.

La première description d’ADN circulant exempt de cellules dans le sang humain date de 1948, mais elle n’a guère retenu l’attention de la communauté scientifique au sens large 2. En 1977, des scientifiques ont identifié la présence de niveaux anormalement élevés d’ADN libre de cellules (cfDNA) dans le plasma et le sérum de patients cancéreux par rapport à des patients témoins en bonne santé et cet ADN cfDNA a été présumé représenter principalement l’ADN tumoral circulant (ctDNA)1,5. Depuis cette première description, d’autres recherches ont montré que l’augmentation de l’ADNc reflète généralement une multitude de processus pathologiques, notamment des états néoplasiques malins et bénins, des maladies inflammatoires, des accidents vasculaires cérébraux, des traumatismes et des septicémies. Au cours de ces processus, les acides nucléiques peuvent être libérés dans le sang par des cellules apoptotiques et nécrotiques ou par une sécrétion contrôlée par des cellules vivantes2,11. Bien que l’ADN acellulaire soit souvent utilisé comme synonyme d’ADN tumoral circulant, il ne faut pas oublier que de l’ADN circulant non tumoral et non humain peut également être présent dans un échantillon.

Bien que l’accent soit actuellement mis sur l’ADN, les autres composants d’une biopsie liquide comprennent les acides ribonucléiques (ARN), les cellules tumorales circulantes (CTC), les vésicules extracellulaires (VE) et les plaquettes éduquées par la tumeur (TEP). Ces derniers composants présentent principalement un intérêt pour la recherche. Au fur et à mesure que la recherche translationnelle se développe, ces composants supplémentaires d’une biopsie liquide pourraient avoir une utilisation clinique croissante à l’avenir. Un examen de ces éléments dépasse le cadre de cet article et le lecteur est renvoyé à l’article de Batth et al pour une lecture plus approfondie.

Considérations technologiques

Jusqu’à récemment, la technologie disponible n’était pas assez sensible pour détecter l’ADNc et le mettre à profit de manière significative. Contrairement aux essais moléculaires effectués sur les fluides corporels pour la détection des acides nucléiques des virus et d’autres micro-organismes qui bénéficient de quantités relativement importantes d’acides nucléiques, les fragments d’acides nucléiques des tumeurs circulantes sont présents à une fraction de l’ADNc normal non tumoral. Les ADNc sont généralement de petits fragments d’ADN de l’ordre de 140 à 170 paires de bases (pb)3, et le type de tumeur, la progression, la charge, les taux de prolifération et la thérapie affectent tous la quantité d’ADNc dans un échantillon. En outre, bien que l’ADNc soit relativement stable dans le plasma et le sérum, il est éliminé de la circulation par le foie et les reins en quelques heures 3,4. Néanmoins, les progrès réalisés dans les processus pré-analytiques et les méthodes de purification ont permis de capturer, d’amplifier et de séquencer avec succès l’ADNc.

Les méthodes actuellement utilisées pour détecter ou mesurer l’ADNc peuvent être globalement divisées en deux catégories : celles basées sur la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et celles basées sur le séquençage de nouvelle génération (NGS). Les tests basés sur la PCR ont généralement un délai d’exécution plus rapide et sont moins coûteux, mais ils ne peuvent généralement évaluer qu’une ou quelques mutations spécifiques à la fois (capacité de multiplexage limitée). Les approches basées sur la PCR peuvent être subdivisées en méthodes qui enrichissent les séquences mutantes par rapport aux séquences de type sauvage (non mutantes) et celles qui réalisent la quantification par compartimentation. Un exemple de ce dernier groupe est la « PCR numérique », qui est de plus en plus utilisée pour la détection et la quantification de mutations spécifiques et connues dans l’ADNc. La PCR est compartimentée en milliers de petits volumes de réaction individuels, soit sur une puce, soit en créant des gouttelettes d’eau dans l’huile. Chaque compartiment ou gouttelette contient ou non un fragment de matrice ciblé et produit un signal fluorescent si un fragment de matrice approprié est présent dans ce volume. En comptant les volumes fluorescents individuels, il est possible d’estimer le nombre de molécules de matrice spécifiquement ciblées dans l’échantillon. Pour plusieurs cibles testées en même temps (multiplexage), différents signaux fluorescents peuvent être attribués à des séquences de variants spécifiques.

Les approches basées sur le séquençage de nouvelle génération permettent d’évaluer un éventail beaucoup plus large de mutations possibles car le séquençage peut détecter des mutations survenant n’importe où dans les régions capturées. Pour cibler les régions du génome sujettes aux mutations, les bibliothèques NGS peuvent être préparées à partir de l’ADN plasmatique en utilisant soit des méthodes de capture par ligature/hybride, soit des méthodes d’enrichissement par PCR ciblée. Les fractions d’allèles variants sont généralement beaucoup plus faibles dans les biopsies liquides que dans les biopsies de tissus, souvent <1%, de sorte que les régions d’intérêt doivent être séquencées plus profondément que dans la NGS de tissus tumoraux primaires. En outre, une optimisation poussée des processus pré-analytiques et analytiques doit être effectuée pour maximiser l’échantillon d’entrée et réduire les erreurs de PCR et de séquençage. Les approches NGS ont l’avantage important de pouvoir atteindre une couverture de mutation beaucoup plus large (analyse simultanée de milliers de mutations possibles). Il n’est donc pas nécessaire de connaître au préalable les mutations spécifiques de la tumeur. Cependant, par rapport aux méthodes plus simples basées sur la PCR, les techniques NGS sont plus coûteuses, plus longues et plus difficiles sur le plan technique.

Avantages et inconvénients

Les avantages des biopsies liquides résident principalement dans la nature beaucoup moins invasive des procédures pour les obtenir par rapport aux biopsies tumorales standard. Considérons, par exemple, le processus de biopsie d’une masse pulmonaire. Si la masse se trouve dans un endroit accessible par radiologie interventionnelle ou par biopsie chirurgicale, il y a un risque de pneumothorax ou d’hémorragie, sans compter le coût du maintien d’un bloc opératoire pour effectuer l’opération. Les biopsies liquides permettent également d’effectuer des prélèvements plus fréquents et en série dans le temps afin de mieux cerner le comportement des tumeurs et leur réponse au traitement. Par exemple, dans une étude, les patients atteints de cancer colorectal qui, par la suite, ont démontré radiographiquement une bonne réponse au traitement, présentaient une baisse de >90% des niveaux d’ADNc après les 2 premières semaines de traitement 9. Il a été démontré que cela permettait de stratifier le risque de récidive après une résection avec intention curative. Dans une autre étude, les patientes atteintes d’un cancer du sein dont l’ADNc était détectable après la résection présentaient un risque de récidive 25 fois plus élevé 10. Ces concepts sont analogues aux tests qui sont actuellement effectués pour les hémopathies malignes, comme la leucémie myéloïde chronique (LMC) et les tests en série pour la présence de transcrits de fusion BCR-ABL. Enfin, dans les cas où une biopsie tissulaire n’est pas disponible, le profilage moléculaire des tumeurs peut toujours être réalisé par biopsie liquide.

Les inconvénients importants de la biopsie liquide incluent la nécessité d’obtenir un diagnostic histologique initial par biopsie tissulaire. Les laboratoires qui effectuent ces tests doivent être attentifs à l’utilisation appropriée des tests et au risque de  » surinterprétation  » dans le contexte clinique. La faible fréquence de variants au sein du sang périphérique peut entraîner des taux de faux négatifs plus élevés et nécessiter des efforts techniques et une expertise nettement plus importants pour obtenir des résultats fiables.

Applications actuelles et émergentes

L’utilisation clinique de la biopsie liquide a considérablement augmenté depuis 2014, date à laquelle la première plateforme de biopsie liquide multigénique disponible dans le commerce est devenue disponible. Plusieurs dosages sont disponibles dans le commerce et approuvés par la FDA, et certains sont considérés comme suffisants pour l’éligibilité au traitement par les compagnies d’assurance. Par exemple, en 2016, la FDA a approuvé le test de mutation EGFR cobas® v2 pour déterminer l’éligibilité des patients atteints de cancer du poumon non à petites cellules à recevoir certains inhibiteurs de tyrosine kinase de l’EGFR . L’adoption de la biopsie liquide pour exclure les patients de la thérapie ciblée a connu une adoption clinique beaucoup plus lente, principalement en raison des préoccupations concernant les faux négatifs et le tissu tumoral généralement accessible 3. L’augmentation de l’utilisation clinique a également été motivée par les patients et les médecins souhaitant identifier les mutations ciblables pour une utilisation non autorisée ou l’inscription à un essai clinique.

Les utilisations émergentes des biopsies liquides comprennent leur utilisation en complément du profilage mutationnel de la biopsie tissulaire, l’évaluation de la réponse au traitement, la surveillance de la maladie résiduelle, la détection de la récurrence de la maladie et la surveillance de l’émergence de mutations de résistance 3.

Directives futures

La spécificité attendue des mutations pour le cancer fait de l’ADNc un biomarqueur attrayant pour la détection précoce du cancer, ce qui pourrait avoir un impact énorme sur les soins aux patients. Cependant, comme les tumeurs à un stade précoce sont connues pour libérer très peu d’ADN, il y a de nombreux défis techniques à relever. Bien que la biopsie liquide puisse être un outil intéressant pour le dépistage du cancer chez les patients asymptomatiques, ces applications devront être étudiées avec soin et réflexion afin d’éviter des souffrances et des coûts excessifs pour les patients en raison de résultats faussement positifs. À court terme, les biopsies liquides peuvent être plus utiles pour confirmer la malignité chez les patients présentant déjà des lésions cliniquement ou radiographiquement apparentes.

Conclusion

La littérature axée sur les tests ADNc s’étend et évolue rapidement. Les domaines d’investigation en cours comprennent les processus pré-analytiques, les facteurs affectant le taux de détection de l’ADNc et les essais cliniques prospectifs. Nous sommes susceptibles de voir un rôle plus prévalent de l’ADNc dans les soins cliniques, car la recherche continue sur les CTC, l’ADNc/ARNc et les vésicules extracellulaires fournira une résolution accrue à l’instantané du statut tumoral obtenu par les biopsies liquides 4.

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