Concordance of rapid whole genome and targeted long read sequencing of pediatric brain tumors with standard clinical testing
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ऑक्सफोर्ड नैनोपोर प्लेटफॉर्म पर रैपिड लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग, बाल चिकित्सा मस्तिष्क ट्यूमर के लिए मानक नैदानिक परीक्षणों के साथ उच्च सामंजस्य प्राप्त करती है, जो एक एकल-असे-समाधान (single-assay solution) प्रदान करती है जो आणविक निदान को महत्वपूर्ण रूप से तेज करती है, ऊतक की खपत को कम करती है, और एक घंटे के भीतर मिथाइलेशन-आधारित वर्गीकरण को सक्षम बनाती है।
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बच्चे में ब्रेन ट्यूमर का निदान करना समय के विरुद्ध एक दौड़ है, लेकिन डॉक्टर बीमारी की पहचान करने के लिए जिन उपकरणों का उपयोग करते हैं, वे अक्सर बहुत धीमी गति से चलते हैं। यह समझने के लिए कि बच्चे को वास्तव में किस प्रकार का ट्यूमर है, रोगविज्ञानी (pathologists) को ऊतक (tissue) को सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखना पड़ता है और फिर जटिल आणविक परीक्षणों की एक श्रृंखला चलानी पड़ती है। ये परीक्षण आनुवंशिक कोड में सूक्ष्म परिवर्तनों की तलाश करते हैं, जैसे कि एकल अक्षर के बदलाव, डीएनए के गायब या अतिरिक्त हिस्से, और रासायनिक टैग जो जीन को यह बताते हैं कि उन्हें कैसे व्यवहार करना है। वर्तमान में, ये परीक्षण अलग-अलग किए जाते हैं, जिनमें अक्सर अलग-अलग मशीनों और कीमती ट्यूमर ऊतक के अलग-अलग स्लाइस की आवश्यकता होती है। चूंकि बच्चों के ऊतक के नमूने अक्सर बहुत छोटे होते हैं, इसलिए डॉक्टर कभी-कभी सभी आवश्यक परीक्षण करने से पहले ही सामग्री समाप्त होने के कारण रुक जाते हैं। यह विखंडन निश्चित निदान में हफ्तों या महीनों तक की देरी कर सकता है, जिससे परिवार अनिश्चितता के दौर में फंस जाते हैं जबकि आक्रामक कैंसर बढ़ते रहते हैं।
लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग (long-read sequencing) नामक एक नई तकनीक एक निरंतर प्रवाह में पूरे आनुवंशिक कोड को पढ़ने का एक तरीका प्रदान करती है, न कि छोटे, असंबद्ध टुकड़ों के रूप में। यह विधि बड़े संरचनात्मक परिवर्तनों और रासायनिक टैगों को एक ही नमूने से सीधे पहचान सकती है। वाशिंगटन विश्वविद्यालय और सिएटल चिल्ड्रन्स हॉस्पिटल के शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए काम शुरू किया कि क्या यह एकल, 'ऑल-इन-वन' टेस्ट मौजूदा खंडित विधियों की जगह ले सकता है। वे जानना चाहते थे कि क्या डीएनए की लंबी कड़ियों को पढ़ने वाली मशीन मानक नैदानिक परीक्षणों की तरह सटीक उत्तर दे सकती है, और क्या यह इतनी तेजी से कर सकती है कि डॉक्टरों के इलाज के तरीके को बदल सके।
टीम ने बाल चिकित्सा ब्रेन ट्यूमर के 23 नमूनों को एकत्र किया, जो मेडुलोब्लास्टोमा और हाई-ग्रेड ग्लियोमा सहित दस अलग-अलग प्रकार के कैंसरों का प्रतिनिधित्व करते हैं। उन्होंने इन नमूनों का परीक्षण एक नए दृष्टिकोण के साथ किया जो पूरे जीनोम को पढ़ सकता था या विशिष्ट रुचि वाले जीन पर ध्यान केंद्रित कर सकता था, जो कि एक ही प्रयोगशाला तैयारी के भीतर लगभग एक घंटे में किया जा सकता था। इसके बाद उन्होंने परिणामों की तुलना उन आधिकारिक नैदानिक रिपोर्टों से की जो पहले से ही मानक अस्पताल परीक्षणों का उपयोग करके उन रोगियों के लिए तैयार की गई थीं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या नई विधि बिना ऊतक को कई टुकड़ों में विभाजित किए, समान आनुवंशिक त्रुटियों को ढूंढ सकती है और ट्यूमर को सही ढंग से वर्गीकृत कर सकती है।
परिणामों ने दिखाया कि नई विधि उल्लेखनीय रूप से अच्छी तरह से काम करती है। डीएनए में एकल अक्षर के परिवर्तनों को देखते समय, नए परीक्षण ने लगभग उन सभी महत्वपूर्ण उत्परिवर्तनों (mutations) को खोज निकाला जिन्हें मानक परीक्षणों ने पहचाना था। वास्तव में, कैंसर-विशिष्ट परिवर्तनों को पहचानने के लिए डिज़ाइन किए गए एक विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने चार महत्वपूर्ण उत्परिवर्तनों को भी खोज निकाला जिन्हें मानक नैदानिक परीक्षणों ने मिस कर दिया था। ये मामूली त्रुटियां नहीं थीं बल्कि रोग के प्रमुख चालक (drivers) थे। नई विधि ने डीएनए प्रतियों की संख्या में बड़े पैमाने पर होने वाले परिवर्तनों को भी सफलतापूर्वक मैप किया, जैसे कि अतिरिक्त गुणसूत्र या गायब हिस्से, जो ट्यूमर के जोखिम स्तर को निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसने अधिकांश जीन फ्यूजन को भी पहचाना, जहाँ दो जीन आपस में जुड़ जाते हैं, जिससे कोशिका के लिए एक नया, खतरनाक निर्देश बन जाता है।
शायद सबसे आश्चर्यजनक खोज निदान की गति थी। इस सीक्वेंसिंग तकनीक की एक अनूठी विशेषता यह है कि यह मशीन द्वारा पढ़ने के दौरान ही डीएनए पर रासायनिक टैग का विश्लेषण कर सकती है, बिना पूरी प्रक्रिया के समाप्त होने की प्रतीक्षा किए। शोधकर्ताओं ने पाया कि मशीन शुरू होने के मात्र दस मिनट के भीतर, सॉफ्टवेयर अधिकांश मामलों में ट्यूमर के प्रकार को सही ढंग से पहचान सकता था। एक घंटे के बाद, वर्गीकरण लगभग सभी मूल्यांक्य नमूनों में नैदानिक निदान से मेल खाता था। इसका अर्थ यह है कि एक डॉक्टर संभावित रूप से सर्जरी के उसी दिन जान सकता है कि बच्चे को किस प्रकार का ब्रेन ट्यूमर है, बजाय इसके कि अंतिम रिपोर्ट के लिए हफ्तों इंतजार किया जाए।
अध्ययन के दौरान कुछ ऐसे मामले भी सामने आए जहां परिणाम नैदानिक रिपोर्टों से मेल नहीं खाते थे, लेकिन ये आमतौर पर नमूनों की प्रकृति के कारण स्पष्ट करने योग्य थे, न कि तकनीक की विफलता के कारण। चार मामलों में, शोधकर्ताओं ने उस ऊतक का परीक्षण किया जो बच्चे के निधन के बाद लिया गया था, जबकि मूल नैदानिक परीक्षण सर्जरी के दौरान लिए गए ऊतक पर किए गए थे। चूंकि ट्यूमर समय के साथ बदल सकते हैं और मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों में भिन्न हो सकते हैं, इसलिए स्रोत सामग्री के कारण ये अंतर आए। अन्य मामलों में, ट्यूमर ऊतक सूजन या स्वस्थ ऊतक के साथ इतना मिश्रित था कि सिग्नल बहुत कमजोर हो गया था। इन अपवादों ने समग्र सफलता को कम नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने यह उजागर किया कि जब एक ही ऊतक का उपयोग किया जाता है, तो नई विधि मानक दृष्टिकोण जितनी ही विश्वसनीय है।
यह सिद्ध करके कि एक एकल परीक्षण तेजी से व्यापक आनुवंशिक जानकारी प्रदान कर सकता है, यह कार्य बाल चिकित्सा ब्रेन ट्यूमर के निदान के लिए एक तेज़, कम आक्रामक तरीके की ओर संकेत करता है। एक ही दिन में एक छोटे से नमूने से पूर्ण आणविक चित्र प्राप्त करने की क्षमता न्यूरोसर्जन को उनके ऑपरेशन को अधिक सटीक रूप से अनुकूलित करने की अनुमति दे सकती है और ऑन्कोलॉजिस्ट को जल्द से जल्द सही उपचार शुरू करने में मदद कर सकती है। हालांकि यह अध्ययन नमूनों के एक विशिष्ट सेट पर किया गया था और आगे के सत्यापन की आवश्यकता है, साक्ष्य दृढ़ता से संकेत देते हैं कि यह एकीकृत दृष्टिकोण वास्तविक दुनिया के नैदानिक परिवेश में परीक्षण के लिए तैयार है, जो एक ऐसे भविष्य की आशा प्रदान करता है जहाँ निदान के लिए प्रतीक्षा करना अब बच्चे के जीवन को बचाने में बाधा नहीं होगा।
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