Los fundamentos y aplicaciones del ADN libre de células

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¿Qué es el ADN libre de células y de dónde viene?

El ADN libre de células (cfDNA) se refiere a fragmentos de ADN que circulan por la sangre periférica.¹ Sinónimo de ADN libre de células circulantes (ccfDNA), estos fragmentos son pequeños, con un tamaño promedio de alrededor de 166 pares de bases dependiendo de su origen.² Aunque no es la única fuente, se cree que el cfDNA se libera principalmente en el torrente sanguíneo. como resultado de la muerte celular,³ lo que sugiere que la cuantificación y análisis genético del cfDNA proporciona información sobre la muerte celular en el organismo.

La concentración de cfDNA en el plasma sanguíneo de individuos sanos suele ser entre uno y 10 ng/mL.⁴ Sin embargo, en personas enfermas, la concentración puede ser significativamente mayor. Por ejemplo, en pacientes con cáncer colorrectal (CCR), la concentración puede oscilar entre 10 a 100 ng/ml.⁴ El tamaño de los segmentos de cfDNA también varía entre individuos sanos y enfermos, y los pacientes con CCR tienen fragmentos significativamente más pequeños de cfDNA en su sangre en comparación con los primeros.⁴ El ADNcf derivado de tumores se conoce como ADN tumoral circulante (ADNct).⁵

Durante el embarazo, entre el 10 y el 20 por ciento del cfDNA en la sangre periférica materna se deriva de las células trofoblásticas apoptóticas de la placenta.⁶ Aunque es un nombre inapropiado, con frecuencia se lo denomina ADNcf fetal y se detectable a partir de aproximadamente siete semanas de gestación.⁶ El cfDNA también puede derivarse de microorganismos que causan infecciones en humanos, como virus.⁷

¿Qué son las pruebas de ADN sin células y cómo funcionan?

Los científicos pueden utilizar cfDNA para realizar exámenes mínimamente invasivos para detectar anomalías genéticas relacionadas con enfermedades en un proceso conocido como prueba de cfDNA. El ADNcf placentario puede revelar anomalías genéticas, como aneuploidía, en el feto durante el embarazo.

Prueba de síndrome de Down de cfDNA

Una de las aplicaciones más comunes y mejor establecidas de las pruebas de cfDNA es en detección de embarazos para trisomía 21comúnmente llamado síndrome de Down, en el que hay una copia extra del cromosoma 21.⁸ Para realizar una prueba de síndrome de Down de ADNcf fetal, los médicos toman muestras de sangre periférica materna, separan el componente plasmático y aislar el cfDNA del plasma.⁸ Luego pueden evaluar la abundancia relativa del cromosoma 21 dentro de la muestra de ADN libre.

El método más común, ampliamente considerado el estándar de oro en las pruebas prenatales de síndrome de Down de ADNc, es análisis de microarrays de cromosomas (CMA).⁹ CMA puede analizar miles de fragmentos de cfDNA simultáneamente, normalmente utilizando un microchip que contiene sondas específicos de regiones diana de los cromosomas.⁹ Este enfoque también se puede utilizar para detectar embarazos en busca de otras aneuploidías, como trisomía 18, trisomía 13 y monosomía X.

Aplicaciones adicionales de las pruebas de cfDNA

Evaluación de la lesión del aloinjerto mediante pruebas de cfDNA

Los científicos también utilizan pruebas de cfDNA para determinar si los trasplantes de órganos han tenido éxito. El cfDNA derivado del donante (dd-cfDNA) se puede detectar circulando en la sangre periférica del receptor del órgano si ha habido lesión o rechazo del aloinjerto.¹ En estos casos, detección temprana puede prevenir resultados adversos graves en pacientes de alto riesgo.¹⁰

Para eliminar la necesidad de enfoques de biopsia de tejido más invasivos, los médicos han adaptado las pruebas de ADNcf basadas en secuenciación para diagnosticar órganos. rechazo en trasplante de corazón destinatarios.¹⁰ También pueden usar cfDNA para realizar pruebas. Receptores de trasplante de pulmón por infecciones.como las infecciones virales, que son una complicación común después del trasplante.⁷ En comparación con las pruebas tradicionales, el uso de dd-cfDNA permite a los científicos evaluar más a los receptores de trasplantes para detectar lesiones, rechazo e infección del aloinjerto. frecuentemente de forma cuantitativa y no invasiva.¹¹

Pruebas de cfDNA en oncología

La presencia de cfDNA en la sangre periférica significa que los científicos también pueden diagnosticar y controlar el cáncer de forma no invasiva a través de biopsia liquida.³ Los científicos pueden utilizar métodos cuantitativos para determinar carga de enfermedad y monitorear esto a lo largo del tiempo, incluso en respuesta al tratamiento.³ Una vez concluido el tratamiento, también pueden detectar enfermedad residual o identificar mutaciones en el ADN del cáncer que le permiten volverse resistente al tratamiento.³

En los últimos años, los oncólogos también han aplicado el análisis de la metilación del ADN al cfDNA. porque aberrante Los patrones de metilación son un sello distintivo del cáncer.¹² y el cfDNA lleva el mismas marcas epigenéticas que su tejido de origenlos científicos pueden determinar de qué órgano o tejido se deriva el cfDNA.⁴ Esto es particularmente relevante en pacientes con tumores metastásicos que tienen una cáncer de origen primario desconocido (CUP) porque diagnosticar el cáncer primario puede ayudar a determinar el régimen de tratamiento más eficaz.¹

Diagnóstico de enfermedades cardiovasculares con cfDNA

El cfDNA también se ha implicado en enfermedades cardiovasculares (ECV). Los científicos desarrollaron biomarcadores basados ​​en cfDNA para diagnosticar el síndrome coronario agudoademás de predecir la gravedad de las lesiones de las arterias coronarias.¹³ Además, los investigadores revelaron que los niveles de cfDNA derivados específicamente de las mitocondrias (cf-mtDNA) son elevado en pacientes con ECV y aquellos con comorbilidades asociadas, como hipercolesterolemia, hipertensión arterial y diabetes mellitus.¹⁴

Referencias

1. Moss J, et al. Un atlas completo de metilación de tipos de células humanas revela los orígenes del ADN libre de células circulantes en la salud y la enfermedad. comuna nacional. 2018;9(1):5068.
2. Shi J, et al. Perfil de tamaño del ADN libre de células: un faro que guía la práctica y la innovación de las pruebas clínicas. teranóstica. 2020;10(11):4737-4748.
3. Wan JCM, et al. Las biopsias líquidas alcanzan la mayoría de edad: hacia la implementación del ADN tumoral circulante. Cáncer Nacional Rev. 2017;17(4):223-238.
4. Mouliere F, et al. Análisis de marcadores múltiples del ADN libre de células circulantes hacia una medicina personalizada para el cáncer colorrectal. Mol Oncol. 2014;8(5):927-941.
5. Cisneros-Villanueva M, et al. Análisis de ADN libre de células en ensayos clínicos actuales sobre el cáncer: una revisión. Hno. J Cáncer. 2022;126(3):391-400.
6. Grace MR, et al. Detección de ADN libre de células: complejidades y desafíos de la implementación clínica. Obstet Gynecol Surv. 2016;71(8):477-487.
7. De Vlaminck I, et al. Monitorización no invasiva de infección y rechazo después del trasplante de pulmón.. Proc Natl Acad Ciencias. 2015;112(43):13336-13341.
8. Norton ME, et al. Análisis de ADN libre de células para el examen no invasivo de trisomía. N Engl J Med. 2015;372(17):1589-1597.
9. Liu X, et al. Potenciales y desafíos del análisis de microarrays cromosómicos en el diagnóstico prenatal. Geneta frontal. 2022;13.
10. De Vlaminck I, et al. El ADN libre de células circulantes permite el diagnóstico no invasivo del rechazo de trasplantes de corazón. Ciencia Transl Med. 2014;6(241).
11. Bloom RD, et al. ADN libre de células y rechazo activo en aloinjertos de riñón. J Am Soc Nephrol. 2017;28(7).
12. Luo H, et al. Biopsia líquida de biomarcadores de metilación en ADN libre de células.. Tendencias Mol Med. 2021;27(5):482-500.
13. Cui M, et al. ADN circulante libre: un nuevo biomarcador para el síndrome coronario agudo. Cardiología. 2013;124(2):76-84.
14. Nie S, et al. Papel proinflamatorio del ADN mitocondrial libre en enfermedades cardiovasculares. Vida IUBMB. 2020;72(9):1879-1890.