Esta publicación continúa nuestra serie sobre biología molecular, que comenzó con una discusión sobre la informática de laboratorio en la investigación y el desarrollo biofarmacéuticos. En esta entrega, proporcionaremos una descripción general de algunas tendencias interesantes en la medicina de precisión, en especial en lo que se refiere a las terapias dirigidas contra el cáncer.
Medicina personalizada vs. medicina de precisión: ¿Cuál es la diferencia?
Aunque muchas personas usan "medicina de precisión" y "medicina personalizada" en forma indistinta, técnicamente significan cosas diferentes. En un informe publicado por el Consejo Nacional de Investigación en 2011, se planteó la preocupación de que la palabra "personalizada" podría crear una falsa expectativa de que se están creando tratamientos únicos para cada individuo. Si bien es cierto que muchos de los nuevos enfoques de la atención médica tienen en cuenta la expresión alélica única de un individuo, las proteínas resultantes y otras sustancias en el cuerpo, muchas autoridades prefieren el término "medicina de precisión" para este campo emergente.
En lugar de crear un plan completamente personalizado para cada persona, la medicina de precisión clasifica a las personas en subpoblaciones en función de su susceptibilidad a una enfermedad en particular o su respuesta a un tratamiento específico. Esta clasificación permite que cualquier tratamiento se concentre en aquellos que tienen más probabilidades de beneficiarse y, así, ahorrar gastos y evitar efectos secundarios para aquellos que no lo harán.
La secuenciación genética, una técnica de laboratorio utilizada para determinar la composición genética completa de un organismo (conocida como secuenciación del genoma completo) o para identificar los detalles de un solo gen objetivo, ha sido el factor más importante que impulsa la aparición de la medicina de precisión.
El método de secuenciación tradicional de Sanger era una técnica de bajo rendimiento que requería cuatro pasos de reacción de secuenciación separados y, aunque sigue siendo la base para la secuenciación del genoma, presenta barreras significativas para su uso en medicina. El proceso de Sanger es lento, solo puede manejar fragmentos cortos a la vez y, debido a sus múltiples secuencias de reacción, tiende a tener un costo prohibitivo para muchas organizaciones.
La secuenciación de nueva generación (NGS) y la secuenciación de alto rendimiento (HTS) son nuevos avances tecnológicos que utilizan la misma metodología esencial que la secuenciación de Sanger, pero que también permiten secuenciar con rapidez volúmenes de muestra mucho mayores, hasta cientos de millones de moléculas de ADN en paralelo. Estas tecnologías permiten a los investigadores detectar anomalías como las causadas por el cáncer, incluso cuando se producen variaciones potencialmente dañinas en los genes con baja frecuencia.
Como es de esperar, estas tecnologías ofrecen ventajas significativas sobre el enfoque de "talla única para todos" de la medicina tradicional. Aunque las técnicas de precisión son todavía relativamente nuevas, el uso del perfil genético del paciente para guiar el tratamiento parece muy prometedor como una forma de ofrecer mayores niveles de precisión y eficacia en la atención sanitaria.
Sin embargo, la secuenciación genética en sí misma no es el objetivo final. En cambio, es una tecnología habilitadora que hace posible la medicina de precisión y ofrece posibilidades terapéuticas ilimitadas.
La promesa de las "ómicas"
En el primer artículo de esta serie, mencionamos un grupo emergente de disciplinas biofarmacéuticas que se conocen en forma colectiva como las "-ómicas", ya que cada una termina con el sufijo -ómica.
Cada uno de estos campos ómicos se centra en la identificación, medición e investigación de un tipo específico de molécula dentro de un sistema vivo. De forma individual, estos resultados limitados proporcionan solo información terapéutica limitada. Sin embargo, cuando se combinan, llevan nuestra comprensión genética a un nivel significativamente más alto. Este enfoque multidisciplinario, a veces llamado "multiómica", analiza el perfil genético de un paciente en combinación con una variedad de otros factores y proporciona una imagen más completa de los vínculos entre la salud y la enfermedad.
Las estrategias basadas en ómicas incluyen:
- Genómica: el estudio del genoma, los conjuntos de ADN que componen los organismos, incluida la forma en que evolucionan y pueden editarse.
- Epigenómica: el estudio de los cambios epigenéticos en las células, que son los cambios químicos que hacen que los genes se "activen" o desactiven sin cambiar la secuencia del ADN.
- Proteómica: análisis de proteínas y péptidos, en general realizado con varios instrumentos de espectrometría de masas (MS).
- Transcriptómica: el estudio de las moléculas de ARN. Un transcriptoma es el conjunto completo de transcripciones de ARN, una especie de "mapa" de patrones de expresión génica en células o tejidos. Esto puede proporcionar información sobre sus estados funcionales y, con el tiempo, puede ayudar a determinar por qué se producen ciertas enfermedades, en particular el cáncer.
- Metabolómica: elaboración de perfiles de fluidos biológicos para determinar el estado actual de una célula u organismo. Esto se puede hacer casi en forma instantánea mediante tecnologías de MS y resonancia magnética nuclear (RMN) y, más recientemente, con técnicas analíticas como la espectrometría de movilidad iónica (IMS).
- Fenómica: una rama de la ciencia que explora cómo responden los genes a los cambios ambientales, como los medicamentos o las sustancias tóxicas, incluida la forma en que nos adaptamos y por qué nos afectan las enfermedades.
Las técnicas modernas de NGS y HTS son fundamentales para cada una de estas disciplinas y, por lo tanto, para la evolución continua de la medicina de precisión. La velocidad y la precisión son esenciales cuando hay vidas en juego, y las tecnologías y las plataformas que respaldan a los laboratorios que utilizan estos métodos deben ser igualmente sólidas y flexibles.
Aprovechamiento de LIMS en la secuenciación de próxima generación
La NGS es un proceso de varios pasos que requiere una mezcla compleja de reactivos para cada muestra. Comienza con la extracción de una o más muestras por medio de diversas técnicas para garantizar que proporcionen a los investigadores una cantidad suficiente de ADN o ARN de alta calidad. Los investigadores pueden trabajar a partir de una sola muestra o procesar docenas de muestras a la vez.
La "biblioteca" que resulta de estas muestras puede contener literalmente millones de fragmentos, que deben prepararse con anticipación para producir un conjunto lo suficientemente grande de secuencias; además, deberán agregarse adaptadores que permitirán analizar las muestras. Además, las muestras de ARN deben convertirse en ADNc antes de la secuenciación.
Una vez extraídas las muestras, purificadas (y en el caso del ARN convertido en ADNc) y asociadas a los adaptadores de secuenciación correctos, la "biblioteca" está lista para ser secuenciada.
Se somete a cuantificación mediante PCR como un paso necesario para la secuenciación, lo que garantiza la calidad y la eficiencia de la rutina de secuenciación resultante. El resultado final del proceso de secuenciación es que la biblioteca se amplifica en millones o incluso miles de millones de clústeres que se "leen" y registran en forma individual. A continuación, los resultados se analizan y validan a través de un software especializado capaz de interpretar las grandes cantidades de datos generados.
Debido a que la secuenciación ahora se utiliza para diagnosticar a los pacientes o para la coincidencia de criterios para garantizar la inclusión en los estudios clínicos, no se puede exagerar la importancia de los resultados precisos y va mucho más allá de lo que sería suficiente para el estudio académico.
La tecnología de LIMS agiliza de manera considerable estos procesos, lo que ayuda a garantizar resultados más precisos al proporcionar pruebas estandarizadas, gestionar las preparaciones de reactivos, cargar controles y utilizar procesos de gestión de calidad para garantizar la validez de los resultados.
Un LIMS tiene un valor incalculable en los flujos de trabajo de secuenciación genética, no solo como centro centralizado de datos, sino como herramienta de gestión capaz de automatizar determinados flujos de trabajo. Por ejemplo, un investigador puede crear un diseño de placa y enviarlo a un instrumento para realizar las diferentes etapas de la NGS. El análisis del instrumento se puede volver a introducir de manera automática en el LIMS con una intervención mínima por parte del técnico, lo que proporciona una mayor exactitud y precisión. Y los mejores LIMS también contienen herramientas de análisis avanzadas que aprovechan la IA y el machine learning para permitir que un investigador o un médico determine las probabilidades de éxito y fracaso del tratamiento.
LIMS también puede ayudar a garantizar que se utilicen los controles y estándares de validación adecuados para la prueba. Además, LIMS ofrece ventajas fuera del laboratorio al definir, organizar y difundir la información del paciente vinculada a las muestras analizadas, al tiempo que garantiza la confidencialidad del paciente mediante protocolos de transmisión que cumplen con los estándares de nivel de salud 7 (HL7).
La ventaja de LabVantage
En un mundo en el que la medicina tradicional está dando paso a los diagnósticos de precisión, una aplicación basada en el flujo de trabajo como LIMS de LabVantage puede ayudar tanto a los técnicos como a los médicos al garantizar la velocidad, la consistencia, la exactitud y la precisión en la información que utilizan para diagnosticar y tratar.
LabVantage ofrece múltiples flujos de trabajo listos para usar, diseñados de manera específica para una amplia variedad de procesos de diagnóstico relacionados con NGS y ómicas. Estos abarcan desde flujos de trabajo respecto del COVID-19 hasta procesos compatibles con las principales empresas de NGS, incluidas Illumina, Qiagen, Agilent y otras. Esta sólida colección incluye flujos de trabajo para la extracción de ácidos nucleicos, la cuantificación, la normalización, la preparación de bibliotecas y el análisis de fragmentos para tecnologías como la secuenciación del genoma completo, la secuenciación de tumores sólidos, la mutación dirigida al mieloide 54, PyroMark Q96, flujos de trabajo de reordenamiento de genes, BCR-ABL, flujos de trabajo de Luminex, MiSeq, NextSeq y más.
Además, LabVantage proporciona un programador de pacientes integrado y viene con un componente de interfaz HL7 listo para usar. Esto agiliza las interacciones con los pacientes y facilita la implementación del software en entornos de diagnóstico clínico.
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