相较于传统的肿瘤组织活检技术，ctDNA 液体活检具备更多优点，比如采样速度快，价格便宜，侵入性极小，同时能够追踪肿瘤的一系列发展变化。更重要的是，肿瘤组织活检在事先不知道是肿瘤的情况下是无法进行的，而ctDNA液体活检却具备识别未知病变的能力，它还可以检测微小残余病灶（MRD）来检测肿瘤治疗情况，甚至可以在健康人群中进行癌症筛查。
近日，由美国FDA牵头、美国阿肯色医学科学大学研究组、美国国家毒理学研究中心研究组、SEQC2 Oncopanel Sequencing Working Group 等研究组组成的联合团队在 Nature 子刊Nature Biotechnology发表了题为 Evaluating the analytical validity of circulating tumor DNA sequencing assays for precision oncology 的研究。
文中提到，随着ctDNA液体活检的快速发展，这一技术也面临着重大挑战，因此，研究团队建立了一个跨平台、多实验室参与的技术平台，借此对ctDNA液体活检技术的有效性进行综合评估，并为该技术的未来发展提出了建设性的改进建议。
doi :10.1038/s41587-021-00857-z, 2021
研究提到，虽然ctDNA液体活检正在迅速运用于精准肿瘤学中，但是其短板更需要引起注意。比如，液体活检需要通过检测游离DNA（cell-free DNA）进行诊断，但是如果游离DNA片段过小，将对体细胞突变检测产生更高的挑战，其准确性或许会大打折扣。此外，ctDNA检测也会受到大量实验变量的影响，这些变量可能会导致测序错误，例如，游离DNA片段过小将抑制靶向富集，影响复杂位点或突变的解析。
由此，研究团队采用模拟与合成对照试验，并加入了对人造人类ctDNA作为参比物质的实验室能力对比验证，以测量ctDNA测序工作流程中每个步骤变量所产生的影响。他们首先分别通过操作模拟试验与合成试验，确定会造成ctDNA检测偏差的因素。在模拟试验中，研究人员建立了包含有155个癌症基因的模拟库，结果显示，ctDNA在检测较短的DNA片段深度时，其检测到突变的敏感度降低，这将阻碍显著基因例如RAS基因家族的检测效果，这表明，即使没有试验变量的影响，基因组本身就将对ctDNA检测的效果产生很大影响。
而在合成对照试验中，研究人员使用了被称为“亮片”的合成DNA来评估ctDNA检测突变的效果。“亮片”是一种人工合成的DNA序列，它能够模拟人类的自然基因和突变。结果显示，肿瘤基因变异频率对于ctDNA检测的影响大于变异类型，同时，肿瘤异质性也是重要的影响因素之一，ctDNA检测灵敏度在外显子的边缘区域、高/低GC含量的区域以及低序列复杂区域出现了显著地降低。这些结论也显示，在患者治疗期间，准确识别低频ctDNA突变的丰度变化存在着较大困难。
接下来，研究团队集合了罗氏、因美纳、IDT、燃石医学以及赛默飞5家在ctDNA领域拥有领先技术的企业，对它们的液体活检产品展开了测试与评估。研究人员先从十种不同的人类癌症细胞系中，提取了相同丰度的基因组DNA，将它们汇集在一起以创建一个模拟癌症样本，并将它们送往包括美国、英国、中国、澳大利亚在内的12家临床研究机构中展开测试与评估。每个ctDNA检测会在2-3个独立的实验室进行，每个实验室为每个测试样本生成4个技术复制品，每个测序样本由相关的ctDNA检测产品供应商进行分析，最终总共进行了360次ctDNA检测分析。
试验操作流程及部分分析
在这次评估中，研究人员对ctDNA液体活检的覆盖深度与异质性、灵敏度、准确性、重复性、游离DNA输入量与抽血带来的影响等多个指标进行了严谨的分析与研究。结合每款产品最终的测序结果与对比分析，研究人员发现：
1.所有参与其中的液体活检产品都能以极高的灵敏度、准确度和重复性检测到约0.5%以上变异等位基因频率（VAF）的突变，但是当VAF低于0.5%时，其变异检测则变得不再可靠，对于ctDNA变异低于0.5%VAF的灵敏度检测将成为液体活检中的主要挑战之一；
2.游离DNA的输入量是一个关键变量，随着其输入量的增加，检测片段时的深度、灵敏度和重复性都有所提高；
3.一项ctDNA检测手段的特性决定了其在研究和临床肿瘤学中的潜在适用性，也就是说不同的检测方法适用于完成不同的检测目标。例如，如果ctDNA片段在血液循环中的丰度降低，高灵敏度与精准度的产品将更适用于检测早期与晚期肿瘤的分子表征分析；
4.利用ctDNA测序技术检测和监测术后微小残余病灶（MRD）将成为一种很有潜力的应用，但是，这项应用需要对VAF在0.1%-0.01%的检测具有高灵敏度，这样才能可靠预测疾病复发概率。
综上所述，这项研究给出的结论是，目前来看，改善对低于0.5%VAF突变的检测将成为ctDNA液体活检的重中之重。希望这项技术在未来能够突破这一局限，为肿瘤患者带来更多的福音！