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COS沙龙第37期(北京)纪要

统计之都 26 阅读
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主题:癌症液体活检简介

嘉宾:颜林林

主办:统计之都

场地:北京大学

组织:吕翔  魏太云  高涛  于嘉傲  杨舒仪

纪要:于嘉傲

简介 :第37期沙龙(北京)于2015年4月17日在北京大学顺利举办。本次沙龙由人大统院本科生杨舒仪主持,沙龙主讲人颜林林,本科毕业于厦门大学生命科学学院生物专业,现为北京大学生命科学学院生物信息专业博士研究生,研究方向为人类基因组学中的高通量测序技术应用及数据分析。拥有十多年软件开发项目实战经验,涉足视频点播、图像处理、数据库信息系统、网络安防等多个领域,技术上擅长C/C++语言编程。崇尚开源,故对Linux、R语言等都比较热衷。

液体活检,即从血液等体液中提取癌细胞DNA,用以获得癌症相关信息的检测技术。由于其无创伤和高灵敏等特点,近年来被众多公司和机构热捧,被誉为“癌症诊断领域的颠覆性技术”。本次沙龙颜林林介绍了液体活检的基本原理及当前进展,并从生物信息学和统计学的角度,阐述该领域现在面临的诸多问题,以及作为非医学专业人士,如何利用大数据技术,共同参与到这场人类与癌症持续了几十年的战争中来。

下面是对沙龙主要内容的回顾:

颜先生从癌症研究的历史出发,列举癌症研究史上的各个重要事件,随着技术手段的提升,癌症治疗方法不断升级,自最初手术疗法 放射疗法 化学疗法 免疫疗法 到靶向药物的诞生,直至 2015 年美国总统奥巴马正式宣布启动《精准医疗计划》,癌症液体活检技术正是在这样的大背景下应运而生。

1.癌症液体活检及其意义

传统癌症诊断治疗中的问题:

传统检测手段:影像学检查、组织活检

ⅰ识别困难,早期无法发现,基于医生主观判断

ⅱ有创伤取样(穿刺/手术),存在较大风险

ⅲ肿瘤存在异质性(穿刺只能获得肿瘤的一个截面),信息采集并不全面

ⅳ术后病程追踪困难,不能准确把握耐药及复发信息

而液体活检正是解决以上问题的一种新思路、新方法,亦是精准医疗理念·的体现:不需要药物对所有患者具备普适性,但对特定患者有效即可。

液体活检基本原理:

由于细胞的坏死、程序性死亡以及以外泌体载体的DNA分泌(癌症的标记物质),组织细胞DNA会游离进入血浆,因此血浆中除大量血细胞之外还将存在游离DNA,从这些DNA中可以观察癌症的特有突变,也因而可将特定游离DNA作为癌症的标记物检测癌症。此外,液体活检还可以检测癌症的扩散情况,即是否出现了癌症细胞的组织间转移。

液体活检的检测对象:

循环肿瘤细胞、循环肿瘤细胞DNA、外泌体和体液中其他肿瘤标志物。

颜先生特别强调,并不是血浆中所有游离DNA都是循环肿瘤DNA(即ctDNA),它们同样可能来自组织细胞的坏死和程序性死亡。由于液体活检只需测试者血液,因而该技术可以在无创条件下完成对癌症的检测。同时,颜先生介绍了液体活检所涉及的部分检测技术,并重点介绍了新一代测序技术NGS技术—得到大量DNA的新型手段,借此可以得到更多更详细的信息,也因而可挖掘更多的癌症相关信息。

液体活检手段的优势及意义:

ⅰ高灵敏、无创伤、信息全

ⅱ可以进行癌症早期发现和筛查

ⅲ指导靶向药物选择,进行个性化用药:通过筛查基因组信息,判断患者特有的基因突变位点,有针对性地选择药物

ⅳ伴随诊断监测及实时干预:基于检测手段的无创性,可以相对高频进行检测,以进行动态实时监测

颜先生同时理论结合实际,讲述了ctDNA及癌症早筛的实际操作、癌症通路及靶向药物的选择、基因突变及癌症病程进展。

2.液体活检中的基因检测技术

PCR技术(链式聚合酶反应)原理及过程:

在DNA聚合酶催化下,以母链DNA为模板,以特定引物为延伸起点,通过变性、退火、延伸等步骤,体外复制出与母链模板DNA互补的子链DNA,是一项DNA体外合成放大技术,能快速特异地在体外扩增待检测DNA。

颜先生还针对性回答了参会者对于放大过程产生的噪音处理问题:借由二项方式模拟抽样,校正最终获得的信息。

传统DNA测序技术原理:

借由带有荧光标记的双脱氧核苷酸获得不同长度的DNA片段,进行电泳读出DNA的字符串信息。

但由于DNA字符串信息量太大,且传统技术只能获得一条字符串信息,颜先生介绍了新一代测序技术:通过反复在同一位置进行扩增,每次添加带有萤光信号的碱基,反复拍照,确定每个位点上的碱基信息,进而同时获得百万条字符串信息。

数据分析基本流程:

各公司均在该流程基础上不断完善并进行数据积累,颜先生还就实际案例演示了上述数据分析流程。

核心统计问题:贝叶斯公式

在识别突变、用药指导、复发预测各环节均有所应用

面临的诸多挑战:

ⅰ数据种类多样,质量参差不齐

ⅱ实验环节多,每个步骤都引入更多误差:每个生物技术都不可避免地产生误差,唯有通过大量数据检验才可能解决

ⅲ针对特定问题,样本数相对不足:不可能针对所有样本进行全基因组测序,只能用最小成本测定特定基因组

ⅳ需要尽可能整合并利用已知信息,包括各类科研及临床实验结果

3.对未来的展望及思考

ⅰ包括测序数据、临床资料在内的大规模信息的积累与整合

基因组测序成本的数次大幅降低,由最初的百亿元测序成本,到现在只需千余美元

一旦数据处理能力跟进,可以预见未来数据的获得将会更加轻易。

ⅱ多机构多中心联合,行业自上而下全面共同推进

ⅲ不同学科的深度交叉融合,促成新技术和新方法的涌现(如新型测序仪的诞生)

ⅳ技能的成熟化和可复制化,虹吸更多资金和人才,进一步开拓行业和学科的边界

最后,颜先生就现场参会者们提出的疑问进行了细致的解答,大家积极热情地讨论,本次沙龙圆满结束。本次沙龙的 演讲材料

COS
作者:统计之都
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原文地址:COS沙龙第37期(北京)纪要, 感谢原作者分享。

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