Nutidens og fremtidens biomarkører hos patienter med tarmkræft
Nutidens og fremtidens biomarkører hos patienter med tarmkræft Julia S. Johansen Onkologisk afd. Herlev Hospital 18. Marts 2015 • Baggrund • Dansk CancerBiobank • MikroRNA - eksempel på nye biomarkører • Fremtiden · Ingen individualiseret behandling af patienter med tarmkræft i 2005 Patienten ønsker: Den rette behandling fra start Lægen ønsker: Effektiv behandling uden alvorlige bivirkninger Storm P 2015: Lidt individualiseret behandling af patienter med tarmkræft KRAS, RAS og BRAF mutations status skal bestemmes før behandling med cetuximab RAS + BRAF (15 %) KRAS (35 %) Rutine kliniske ”biomarkører”: patologisk vurdering (stadie, lymfeglandel metastaser, vene indvækst), metastaser, og alder Undersøgelser af patienter med tarmkræft i 2015 Klinisk vurdering Patologisk vurdering Patienten PT/CT, MRI, CT, UL KRAS, RAS, BRAF i væv CEA i blodet Undersøgelser af patienter med tarmkræft i 2020 Klinisk vurdering Patologisk vurdering Patienten Væv og blodprøver PT/CT, MRI, CT, UL Gener, mikroRNA, SNP, proteiner og metabolitter Atkinson 2001: En Biomarkør, eller biologisk markør, er generelt et ”stof”, der bruges som en indikator for en biologisk tilstand. Det er et ”karaktertræk”, der kan måles objektivt og vurderes som en indikator for normale biologiske processer, for sygdomsprocesser og farmakologiske reaktioner på en behandling. En god biomarkør skal kunne bidrage til at patienterne får en bedre livskvalitet og biomarkøren skal også være samfundsøkonomisk. Søgning PubMed 15.03.2015: ”Colorectal Cancer Biomarkers” = 19.306 artikler ”Colorectal Cancer Biomarkers Biologics” = 573 artikler CEA - carcinoembryonic antigen Fundet i 1965 i væv fra tyktarmskræft Betydning for celle adhæsion/sammenhængskraft • Ikke specifik for tarmkræft • Bruges kun til at følge patienter under behandling og i kontrol forløb • Forhøjet i blodet (dvs. > 5 ng/ml) hos nogle patienter med tarmkræft • Forhøjet i blodet hos patienter med andre typer kræft (feks. kræft i lunger, bugspytkirtel, mavesæk, bryst og skjoldbruskkirtel • Forhøjet hos 3 % af raske personer • Forhøjet hos 19 % af rygere • Forhøjet hos patienter med betændelsessygdomme i bugspytkirtlen og tarmen, lever- og lungesygdomme PubMed marts 2015: Serum CEA: 4791 artikler Serum CEA colorectal cancer: 1430 artikler Serum CEA hos patienter med tyk- og endetarmskræft Kan ikke bruges til screening eller diagnostik Kan anvendes til vurdering af sygdomsstadie Bedst til avanceret sygdom Kan bruges til at monitorere behandlingseffekt og tilbagefald af sygdommen Genetisk analyse af alle patienter med tarmkræft er en mulighed Udgiften til en analyse er faldet fra $95 millioner i 2001 til $6000 i 2014 Vi har brug for nye biomarkører! Mange komplicerede signaleringsveje, mange gener, mikroRNA, proteiner og metabolitter – mange biomarkører ? Vi kender kun lidt af de mange gener, mikroRNA , proteiner og metabolitter der produceres i vores celler Figure 6 Biomarkers can be related to different Hallmarks of Cancer Cell 2011;144:640-674 De normale celler omkring cancer cellerne spiller en stor rolle for vækst af cancer Hanahan and Coussens. Cancer Cell 2012;21:309-322 Status 2015 • Vi har ingen rigtig gode biomarkører i blodet til at påvise kræftsygdomme tidligt, tilbagefald af sygdommen på et tidligt tidspunkt eller effekten af de forskellige behandlinger • Serum CEA, KRAS, RAS og BRAF mutations status er de eneste godkendte biomarkører til vurdering af kræft i tarm • Hvorfor har vi ikke fundet flere biomarkører? Få bevillinger og få biobanker Hanahan and Coussens. Cancer Cell 2012;21:309-322 Cancer biomarkører Cancer specifik ? Produceres kun af cancer celler Høj specificitet ? Ikke forhøjet hos raske personer Høj følsomhed ? Ofte forhøjet hos patienter med cancer Screening ? Ændrer sig (sammenlignet med raske) på et tidligt tidspunkt af sygdommen Prognostisk faktor ? Kan forudsige prognosen Prædiktiv faktor ? Kan forudsige effekten af en behandling Monitorering ? Kan reflektere behandlingsrespons og påvise tilbagefald/forværring af sygdommen tidligt 2015 Biomarkør forskning er svært og dyrt Hvordan kommer vi videre? I 2001 sagde Dr. Lee Hartwell, der fik Nobel Prisen i Fysiologi og Medicin: ”Although the science and technology are ready for the cataloguing of genes and proteins that cells express in health and disease states (e.g. cancer, inflammation) there is a big rate-limiting factor in organizing the coordinated research program that will be necessary. Only by organizing an academic-industry partnership with many different laboratories working on the same samples, sharing data, developing standards and pooling information will it be possible to identify new biomarkers for disease states.” Samarbejde • Baggrund • Dansk CancerBiobank • MikroRNA og andre eksempel på nye biomarkører • Fremtiden · Danskere er genetisk meget ens - det er lettere at påvise en biomarkør i blodet som er relateret til kræftsygdomme On-line registration system Estrid Høgdall 31 Dansk CancerBiobank National indsamling On-line registrering i databaser samlet i Regionernes Landsdækkende Sekretariat i MolekylærEnheden, Patologiafdelingen, Herlev Hospital DCB & DRB DATA Hospitaler indsamler blod og vævsprøver -- Sikre høj kvalitet - Nationale anbefalinger - Personale med speciale - Høj dækningsgrad - Udnyttelse af midler Dansk CancerBiobank Blod prøver Vævs prøver Max 14 dage Henvisning Under behandling med kemoterapi og biologiske stoffer 1. besøg Biopsi/Operation Accept Kliniske databaser Nationale registre Væv Blod 9-10 mm 3 mm 3 mm 5 mm Alternativ udskæring 3 mm EDTA -blod Blodet tappes Blod i gelglas Væv til formalin/paraffin 5 mm Tissue-Tek behandling Frisk frys Væv til RNA-later og Tissue-Te 5 HE - side 2 Fuldblod afpipetteres Tissue -Tek og RNA 3x10x10 udsk æres til 1 x 1½ml fuldblod Centrifugering 6 7 2 x 2ml plasma 8 1 x 1½ml buffycoat Formalin/paraffin 3x10x10 mm (5) Frisk frys 3x10x10 udsk æres til 4 stk væv 5x5x3 mm 2 stk væv 5x5x3 mm 2 stk væv 5x5x3 mm Centrifugering 1 2 3 4 Tissue -Tek Hvidt mellemlag (buffy coat) HE - side 1 6 7 1 2 3 4 Side 2 Side 1 4 x 2ml serum RNA 8 9 Estrid Høgdall http://www.cancerbiobank.dk Eksempler på biobanker kombineret med kliniske databaser til translational biomarkør forskning på Onkologisk afd., Herlev Hospital Studie Navn BETmiRC CREBB Bi-weekly REBECCA BIOPAC CHOCA LUCAS PRIME Kræft type Tarm Tarm Tarm Tarm Bugspytkirtel Galdeveje Lunge Bryst Stage Metastatisk Metastatisk Metastatisk Alle stadier Alle stadier Alle stadier Alle stadier Alle stadier Behand -ling Bevacizumab Bevacizumab Cetuximab Alle typer Alle typer Alle typer Alle typer Alle typer + capecitabine og oxaliplatin + Alle typer kemoterapi + irinotecan Herlev Hospital Onkologisk afd. indsamler blodprøver 30 ml ved forskellige Tidspunkter LIQUID BIOPSI Ny: Rebecca protokollen BESØG Blodprøve taget Dato 3 X 6 ml Rød/sort Tørglas SERUM Greiner rør 5 stk. RØD 3 X 6 ml Lilla/sort EDTA-glas EDTA plasma Greiner rør 5 stk. BLÅ 3 X 3,5 ml Lyseblå/sort Citratglas CITRAT plasma Greiner rør 5 stk. HVID 3 X 4 ml Grøn/sort Heparin-glas HEPARIN plasma Greiner rør 3 stk. GRØN Buffycoat fra 3 EDTA glas Greiner rør 3 stk. GUL 2 Paxgene RNA-rør Signatur O P Q R A B1 Operation Diagnose 1 måned efter operation Før strålebehandling 14 dage efter Start Før 2. serie E1 E2 Ex 1. skanning 2. skanning x. skanning Blodprøve håndtering – VIGTIGT med ”Standard Operating Procedure” (SOP) OPSAMLING ALLE BESØG 3 X 6 ml RØDT TØRGLAS 3 X 6 ml LILLA EDTA GLAS 3 X 3,5 ml BLÅT CITRAT GLAS 3 X 4 ml GRØNT HEPARIN GLAS 3 rør med Buffy coat 2 X PAXGEN RNA-rør PREPARERING Henstår mindst 30 min. Henstår mindst 30 min. Henstår mindst 30 min. Henstår mindst 30 min. Brug glasset fra EDTAplasmaen Skal vendes forsigtigt 8-10 gange, STRAKS efter blodprøvetagning! Centrifuger es ved 2330g 10 min 4° C Centrifugere s ved 2330g 10 min 4° C Centrifugere s ved 2330g 10 min 4° C Centrifugeres ved 2330g 10 min 4° C Fjern plasma til ca. 5 mm over cellelag. Plasma overføres til 5 x cryorør med blåt låg minimum 500 µl Plasma overføres til 5 x cryorør med hvidt låg minimum 500 µl Plasma overføres til 3 x cryorør med grønt låg minimum 500 µl -80° C fryser -80° C fryser -80° C fryser Serum overføres til 5 x cryorør med rødt låg minimum 500 µl OPBEVARING -80° C fryser Tag alle de hvide blodlegemer fra 1 glas og kom dem i 1 cryorør med gult låg Henstår i 2 - 48 timer ved stuetemperatur. Vendes godt inden røret fryses. 1 glas = 1 cryorør Så man i alt har 3 cryorør. -80° C fryser Fryses ved -20° C i 24-72 timer. Derefter flyttes glasset over til 80° C. • Baggrund • Dansk CancerBiobank • MikroRNA – og andre eksempel på nye biomarkører • Fremtiden · MicroRNA kan være nye biomarkører MicroRNA – et hastigt voksende forskningsfelt 9000 8000 7000 6000 5000 MiRNA and CRC MiRNA and cancer MiRNA 4000 3000 2000 1000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 PubMed articles February 2015 microRNAs: 37.106 microRNA biomarkers: 5822 microRNA CRC: 1192 microRNA CRC angiogenesis: 54 microRNA cancer: 16.169 microRNA breast cancer: 1884 microRNA ovarian cancer: 600 microRNA cancer biomarkers: 1814 microRNA lung cancer: 1574 microRNA pancreatic cancer: 571 MicroRNAome: En “guldgruppe” for bedre kræftdiagnose og behandling Små ikke-kodende RNAs 1 % af genomet er microRNA 30 % af alle gener reguleres af mindst et microRNA MicroRNA regulerer cellevækst og celledød MicroRNA regulerer vigtige signalveje i relation til forskellige sygdomme – bla. kræftsygdomme Berindan-Neagoe I. CA Cancer J Clin 2014; 64:311-336 Liquid biopsi: Celle-frit tumor DNA og microRNA kan bestemmes i serum, plasma og fuld blod “Liquid biopsier” kan anvedes til bestemmelse af biomarkører hurtigt. Mindre invasiv metode end vævsbiopsier. Arbejdstid 5 til 7 dage Crowley. Nat Rev Clin Oncol 2013;10:472 Genetiske forandringer kan måles i circulerende celle-frit tumor DNA. Kræft cellerne frigiver små fragmenter af cell-frit DNA til blodet: Diaz L A , and Bardelli A JCO 2014;32:579-586 Cirkulerende microRNA i blodbanen Hwa Jin Jung. J Genetics Genomics 2014;41:465-472 Detection of tumor-specific DNA mutations in the blood of patients to monitor response and relapse with targeted therapies. Diaz L A , and Bardelli A JCO 2014;32:579-586 ©2014 by American Society of Clinical Oncology Advantages of blood-based testing Patient / Oncologist High compliance Low risk, less invasive Fresh DNA, RNA and microRNA Physician Specialist (i.e. Surgeon) Archival tissue can be degraded to have different mutation profile Accessible Tissue not always accessible Direct Plasma Testing Tissue Testing Pathology No selection bias Assess primary tumor and metastases with one sample Tumor intra/inter-heterogeneity not a problem Clinical Laboratory Monitoring possible Allows monitoring for drug response and resistance MicroRNAome genome: Stor betydning for cancer diagnose og behandling Berinda-Neague I. CA Cancer J Clin 2014:311-336 En microRNA kan virke på mange måder – både som et oncogene og et tumor suppressor gene Cortez MA. 2011 MicroRNAs in body fluids—the mix of hormones and biomarkers microRNA har betydning for metastaser Andrea L. Kasinski. Nature Reviews Cancer 2011;1, 849-864 Regulering af cancer metastaser af celle-frit microRNA . Celle-frit microRNA kan påvirke hvert step i udvikling af metastaser: stimulering (onocmirs, røde) eller hæmning (tumor suppressive miRNAs, grønne) Alečković et al . Biochimica et Biophysica Acta 2015;1855:24. Screening I dag er der en dansk landsdækkende undersøgelse af biomarkører i blodet fra personer der får foretaget koloskop-screeningen Formål: Kan man påvise en profil af gener, microRNA og proteiner I blodet, der kan påvise tarmkræft tidligt og kunne anvendes som en screeningsmarkør Prof. Hans Jørgen Nielsen, Hvidovre Hospital Prof. Torben Ørntoft, Århus Universitets Hospital 7 typer behandlinger i Danmark til patienter med tarmkræft – kan kombineres på mange måder Hvem har især gavn af de forskellige behandlinger? 5-FU Oxaliplatin Regorafenib Capecitabine Irinotecan Bevacizumab Cetuximab Aflibercept Panitumumab I dag er biologisk behandling af patienter med metastatisk tarmkræft med antistoffer rettet mod 2 hovedsignaleringsveje Mange nye behandlinger er på vej Blodkarsdannelsen (VEGF) Bevacizumab, Aflibercept, Regorafenib Hud vækstfaktor signalet (EGFR) Cetuximab Panitumumab Fremtidens biomarkører hos patienter med kræft i tyk- og endetarm Gener MicroRNA Proteiner Metabolitter Status 2015: Mange nye biomarkører er fundet – men de skal valideres i store patientgrupper Genetiske ændringer påvirker behandlingseffekt • Det humane genome • • • 3 milliarder basepar 20.000-25.000 kodende gener Vi er 99,9 % identiske • Enkelt nukleotid polymorfier(SNPs) • Forskelle i DNA sekvens en base (A, T, C eller G ) varierer: - Person 1) AAGCCTA - Person 2) AAGCTTA PubMed: SNP cancer: 6433 artikler SNP tarmkræft : 579 artikler SNP tarmkræft biologics: 20 artikler Next generation sekventering • Hele genomet undersøges • Prisen for testen falder: 2005 (100.000 kr.); 2012 (22.000 kr.); 2015 (5000 kr.) • Januar 2013 første artikel vedr. NGS og effekt af panitumumab Fremtidens DNA microarray Etablere et tumorbibliotek med genprofiler hos patienter med kræft i tyk- og endetarm Undersøge genprofilen hos patienter, der har stor gavn af de forskellige behandlinger Opnå større biologisk viden om sygdommen Barplot showing signed statistic of the association between gene signatures and tumor side observed in 589 CRC from the PETACC3 and 325 from the TCGA datasets. Missiaglia E et al. Ann Oncol 2014;25:1995-2001 © The Author 2014. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society for Medical Oncology. All rights reserved. For permissions, please email: [email protected]. • Hver cancerform har en specifik gen ekspressions profil • DNA mikroarray teknik har i blindede forsøg kunnet påvise det anatomiske udgangspunkt for tumor i op til 89 % af tilfældene og for deres metastaser i 74-87 % • Metastaser bibeholder mange af primær tumorens molekylærbiologiske karakteristika • I dag kan der kun anvendes kræft væv til disse metoder, men måske i fremtiden kan der udvikles metoder til anvendelse i blodet BETmiRC studiet – Bevacizumab Tissue miRNAs in Colorectal Cancer Hypothese: En specifik miRNA profil i væv fra tarmkræft kan forudsige effekt af bevacizumab behandling. Patienter: 667 patienter med metastatisk tarmkræft behandlet med CAPEOXBEV i 1st linie, og 213 patienter behandlet med CAPEOX uden bevacizumab. 10 danske hospitaler. Prøver: Kræftvæv fra primær tumor. Mogens K. Boisen Herlev Hospital microRNA har betydning for karnydannelse Small EM. Nature 2011;469:336-342 BETmiRC – data indsamling • Journal • Patobanken (National patologi database) • CPR-register (opfølgning) BETmiRC – vævs prøver (FFPE) • Kun vævsprøver fra primær tumor • Prøver fra resektion eller diagnostisk biopsi ”MikroRNA i plasma som non-invasive prædiktive biomarkører for effekt af behandling med bevacizumab hos patienter med metastatisk colorektal cancer” • Sted: Onkologisk Afdeling, Herlev Hospital • Projektgruppe: • Professor, overlæge, dr.med. Julia S. Johansen (Herlev) • Læge Mogens K. Boisen (Herlev) • Statistiker, ph.d. Christian Dehlendorff (KB) • Desuden: læger fra flere kræftafdelinger i Danmark og Sverige samt AROS Applied Biotechnology (analyser) • Knæk Cancer bevilling: 3.550.000 kr. (2015–2017). ”MikroRNA i plasma som non-invasive prædiktive biomarkører for effekt af behandling med bevacizumab hos patienter med metastatisk colorektal cancer” • Bevacizumab (BEV) er et antistof som bruges til behandling af patienter med spredt tarmkræft • BEV gavner imidlertid kun en mindre del af patienterne og behandlingen er dyr og giver bivirkninger • FORMÅL: vi ønsker at undersøge om måling af mikroRNA (en slags arvemateriale) i blodet (”liquid biopsy”) kan bruges til at målrette behandling med bevacizumab ”MikroRNA i plasma som non-invasive prædiktive biomarkører for effekt af behandling med bevacizumab hos patienter med metastatisk colorektal cancer” • PRØVER: Blodprøver før start og før anden behandling fra 810 patienter behandlet med kemoterapi med eller uden BEV • ANALYSER: Niveau af mikroRNA måles i prøverne og sammenholdes med behandlingseffekt • PERSPEKTIV: Målrettet behandling med BEV via en hurtig og billig mikroRNA-”liquid biopsy” vil øge effekten og mindske bivirkningerne for patienterne og give besparelser for sundhedsvæsenet Konklusioner • Der er et stort behov for nye biomarkører hos patienter med kræft i tyk- og endetarm mhp. monitorering i kontrolforløbet efter behandling, men også pga. de mange nye biologiske behandlinger, der er dyre og har betydelige bivirkninger og ikke virker hos alle patienter • Genetiske faktorer har betydning for 15 - 30 % af forskellene i metabolismen og effekten af biologiske behandlinger • En kombination af forskellige biomarkører vil være nødvendigt pga. sygdommens kompleksitet • Baggrund • Dansk CancerBiobank • MikroRNA og andre eksempel på nye biomarkører • Fremtiden · Identifikation af nye og bedre biomarkører til bestemmelse af hvilken behandling patienten skal have Patienter er forskellige og behandlingerne virke forskelligt hos den enkelte patient Nye biomarkører kan finde hvilke patienter, der har gavn af de forskellige behandlinger SPECTAcolor Der forventes inklusion af 600–1000 patienter årligt fra hele Europa Konklusioner • Den medicinske behandling af patienter med kræftsygdomme har undergået en dramatisk forbedring i de seneste 15 år. • Det skyldes dels en mere aggressiv behandling med de traditionelle kemobehandlinger og operation, men også behandlingen med de biologiske lægemidler har stor betydning. • De biologiske behandlingerne er ikke effektive hos alle patienter, og på nuværende tidspunkt mangler lægerne redskaber til at forudsige, hvilke præparater der vil være mest egnede for den enkelte patient, både med hensyn til effekt og bivirkninger. Translationel forskning er nødvendig så vi kan individualisere behandlingerne i 2020 Hvert menneske er unikt og har sin egen genprofil Mange flere biomarkører end KRAS, RAS og BRAF Mange diagnostiske, prædiktive og prognostiske biomarkører vil være kendt så vi bedre kan behandle patienter med tarmkræft Behandling af patienter med tarmkræft i 2020 NGS Biomarker profiling miRNAs 2020 Molecular subtype 1 Targeted therapy 1 Molecular subtype 2 Targeted therapy 2 Molecular subtype 3 Targeted therapy 3 Molecular subtype 4 Targeted therapy 4 Molecular subtype 5 Targeted therapy 5 Molecular subtype 6 Targeted therapy 6 Samarbejde Patienter Læger Sygeplejersker Private Fonde Pharmafirmaer Biotekfirmaer ESMO ASC Universiteter EU NCI Mit håb I 2020 har vi fundet en række klinisk anvendelige biomarkører til tidlig diagnostik og tilbagefald af kræft i tarmen samt til vurdering af behandlingseffekt Identifikation af nye biomarkører er svært men muligt
© Copyright 2024