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Institut für Klinische Chemiemichael.neumaier@umm.de
neue molekulare Verfahren der labormedizinischen Tumordiagnostik für verbesserte Therapieentscheidungen
Heilbronner Dialog 23.7.2018
neue molekulare Verfahren der labormedizinischen Tumordiagnostik für verbesserte Therapieentscheidungen
Heilbronner Dialog 23.7.2018Univ.‐Prof. Dr. Michael NeumaierInstitut für Klinische Chemie
Universitätsmedizin Mannheim
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GliederungGliederung
• was konnten wir bisher?
• was hat sich geändert?
• wie leistungsfähig ist molekulare Dx und wie
funktioniert sie?
• was kann man für die Zukunft erwarten?
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was konnten wir bisher im Labor?
• bisher– vererbte Krebsleiden: Beratung durch
Humangenetik– Primärtumorgewebe: Grading durch Pathologie– Systemische Erkrankung: Staging durch
Bildgebung – Serum‐Tumormarker– Labormedizinische Diagnostik hat eine
begleitende Rolle bei Komplikationen
• zukünftig– zentrale Rolle durch neue Technologien
• Genexpression‐Arrays• digital droplet PCR• Sequenzierung (NGS, NNGS)
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Brust :CEA, CA 15- 3
Magen:CEA, CA 19- 9/ CA 50
Pankreas:CA 19- 9/ CA 50
Dickdarm:CEA, CA 19- 9/ CA 50
Ovar:CA 125, CEA, AFP, HCG, SP1
Gebärmut t er:TPA, SCC, CA 50, CEA
Schildrüse:TG
Lunge:CEA, NSE, SCC
Leber:AFP, CA 19- 9/ CA 50
Prost at a:PAP, PSA
Hoden:AFP, HCG
klassische Tumormarker im Serumklassische Tumormarker im Serum
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Brust :CEA, CA 15- 3
Magen:CEA, CA 19- 9/ CA 50
Pankreas:CA 19- 9/ CA 50
Dickdarm:CEA, CA 19- 9/ CA 50
Ovar:CA 125, CEA, AFP, HCG, SP1
Gebärmut t er:TPA, SCC, CA 50, CEA
Schildrüse:TG
Lunge:CEA, NSE, SCC
Leber:AFP, CA 19- 9/ CA 50
Prost at a:PAP, PSA
Hoden:AFP, HCG
klassische Tumormarker im Serumklassische Tumormarker im Serum
Marker geben dem Arzt keine Hinweise für Therapiewahl
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• was konnten wir bisher?
• was hat sich geändert?
• wie leistungsfähig ist molekulare Dx und wie
funktioniert sie?
• was kann man für die Zukunft erwarten?
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Tumorzelle Tumorzelle
Cervix‐Ca; Universität Ulm
Lungen‐Ca; UZH Zürich
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Krebs ist eine Erkrankung, die auf Gendefekten beruht
Tumorzelle Tumorzelle
Cervix‐Ca; Universität Ulm
Lungen‐Ca; UZH Zürich
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A Sartore‐Bianchi et al., Annals Oncology (2016)
druggable Targets für Therapien mit Biologicalsdruggable Targets für Therapien mit Biologicals
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A Sartore‐Bianchi et al., Annals Oncology (2016)
druggable Targets für Therapien mit Biologicals druggable Targets für Therapien mit Biologicals
Beispielschwarzer Hautkrebs
40‐60% brafmutiert90% V600E Mutation
Therapie braf‐InhibitorVermurafenibDabratenibHE
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NNER
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Chapman et al 2011, NEJMHirth et al. 2012, Nat Drug DiscovWagle et al., JCO 2011
before treatment15 weeks
of treatmentrelapse
23 weeks of therapy
clinical course of BRAFi therapyin malignant Melanoma (MM)clinical course of BRAFi therapyin malignant Melanoma (MM)
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Chapman et al 2011, NEJMHirth et al. 2012, Nat Drug DiscovWagle et al., JCO 2011
vor Behandlungnach
15 Wochen Behandlung
nach 23 WochenBehandlung
Klinischer Verlauf bei BRAFi Therapiedes schwarzen Hautkrebses (MM)
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Dabrafenib + Trametinib (COMBI‐d Study)
51%2‐year OS(median OS 25,1m)
42%2‐year OS(median OS 18,7m)
Long et al., 2015, Lancet
BRAFi + MEKi
BRAFi+ placebo
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Was macht die neue molekulargenetische Analyse so besonders?
Was macht die neue molekulargenetische Analyse so besonders?
• jeder Tumor weist molekulargenetische Defekte auf.• sog. Driver‐Defekte ermöglichen sein Wachstum und Ausbreitung. • neuartige Medikamente (Biologicals) können diese
tumorfördernden Defekte neutralisieren oder abschwächen.
• der diagnostische Nachweis biologisch relevanter Mutationen ist daher die Basis für die Therapieentscheidung beim Patienten.
Der richtige Biomarker weist also auf die Achillesferse des TumorsHEILB
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Status 2.1.2018
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Biologicals, Zielstrukturen und Zieltumore (2014)Biologicals, Zielstrukturen und Zieltumore (2014)
Ma et al. 2014, DovepressHEILB
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• was konnten wir bisher?
• was hat sich geändert?
• wie leistungsfähig ist molekulare Dx und wie
funktioniert sie?
• was kann man für die Zukunft erwarten?
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TU-ZunahmeTU-Abnahme
ReplikationEntzündungGefässneubildungStoffwechsel‐DeregulationApoptoseresistenzGenominstabilitätEMTMetastasierungetc.
ApoptoseNekrose durch Hypoxiegenomische LetaldefekteImmunantwort des Wirts
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die Vene ist der „Auspuff“ des Tumorsdie Vene ist der „Auspuff“ des Tumors
Arterie Vene
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die Vene ist der „Auspuff“ des Tumorsdie Vene ist der „Auspuff“ des Tumors
Arterie Vene
mutierte Tumor‐DNA macht nur einen verschwindend
geringen Anteil aus.
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Droplet Technologie für DNA/Zellanalyse Droplet Technologie für DNA/Zellanalyse
Zilionis R et al., Nature Protocols (2017)Zilionis R et al., Nature Protocols (2017)
einzelne Moleküle oder
Zellen
Kang D‐K et al., Trends in Analytical Chemistry (2014)
einzelne Moleküle oder
Zellen
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Droplet Technologie für DNA/Zellanalyse Droplet Technologie für DNA/Zellanalyse
Zilionis R et al., Nature Protocols (2017)Zilionis R et al., Nature Protocols (2017)
Kang D‐K et al., Trends in Analytical Chemistry (2014)
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Blick ins Labor – die Methode BEAMing*
sysmex.co.jp*) Beads Emulsion AmplificationMagneticsHEILB
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Institut für Klinische Chemie der UMM(12 Zentrallaborbereiche; 24/7 Betrieb; 3,5 Mio. Analysen/a; 1.500 Röhrchen/d; 814 Tests)
Institut für Klinische Chemie der UMM(12 Zentrallaborbereiche; 24/7 Betrieb; 3,5 Mio. Analysen/a; 1.500 Röhrchen/d; 814 Tests)
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Nachweisgrenzen der ctDNA - DiagnostikNachweisgrenzen der ctDNA - Diagnostik
Li et al. 2006, Nat MethodsLi et al. 2008, Nat Medicine
Forshew et al. 2012 Sci Trans MedNewman et al. 2014 Nat Medicine
cfD
NA-
Ante
ile (m
utan
tDN
A/G
esam
t-DN
A)
Sanger Sequencing
Pyrosequencing
Real-time PCR
COLD-PCR, ASA, ARMS, ...
BEAMing, ddPCR, TAmSeq, SafeSeq, CAPPseq ...
Next Generation Sequencing1%
0.01%
10%
0.1%
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• Informationen für Ärztinnen/Ärzte• Informationen für Patientinnen/
Patienten und Angehörige• Anforderung/Probenversand
• molekulargenetisches Labor• OncoBEAM Labor
• Next Generation Sequencing (NGS)
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http://w3.umm.de/7195.0.html
Patient mit metastatischem Krebs
Arzt (Indikation für liquid Profiling)
Blutentnahme Transport‐Service
Befunde und Empfehlungen
Laboratorybesondere Probengefäße
Anfrage beimLabor
ddPCR, OncoBEAMDiagnostik
aktueller diagnostischer Workflow in Tumor Profiling
aktueller diagnostischer Workflow in Tumor Profiling
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Wiederauftreten von MM unter BRAFi Therapie(Nachweisempfindlichkeit von Liquid Profiling und Tumor Markern*)
Wiederauftreten von MM unter BRAFi Therapie(Nachweisempfindlichkeit von Liquid Profiling und Tumor Markern*)
Patie
nt #
Bulttest gg. Radiologiedurchschnittl. Lead Time Bias: 110 Tage (bis 170 Tage)
Haselmann V et al., Clin Chem (2018)*) vgl. auch Cohen J et al., Science (2018)
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1st lineTumorgewebe (FFPE)
2nd linePlasma (ctDNA)
DNA‐Sequenzierung der am häufigsten betroffenen Gene
(Cancer Panel)
individuellesMutationsprofil und ggfs. Therapie
Wiederauftreten des Tumors(Gewebebiopsie nicht möglich/sinnvoll)
frühere Diagnosestellung
Zusammenfassung: aktueller diagnostischer Workflow beim Tumor Profiling
Zusammenfassung: aktueller diagnostischer Workflow beim Tumor Profiling
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• was konnten wir bisher?
• was hat sich geändert?
• wie leistungsfähig ist molekulare Dx und wie funktioniert sie?
• was kann man für die Zukunft erwarten?– frühe Erstdiagnose– Intervalltherapie bei Resistenz
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Kombination aus „ctDNA“ und „Serum Tumormarker“HEILB
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die Zellen eines Tumors sind nicht einheitlich.die Zellen eines Tumors sind nicht einheitlich.
Flaherty et al 2012, NEJMRibas et al., 2014, Lancet Oncol
Long et al., 2014, NEJMLarkin et al., 2014, NEJMRobert et al., 2015, NEJMLong et al., 2015, Lancet
Resistenz entwickelt sich
Therapie
Was macht die molekulargenetische Analyse so besonders?
Was macht die molekulargenetische Analyse so besonders?
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Therapie
die Zellen eines Tumors sind nicht einheitlich.die Zellen eines Tumors sind nicht einheitlich.
Was macht die molekulargenetische Analyse so besonders?
Was macht die molekulargenetische Analyse so besonders?
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Intervalltherapie – Neue Optionen bei ResistenzIntervalltherapie – Neue Optionen bei Resistenz
Thakur et al 2014, NatureHolderfield et al 2014, Nat Rev Cancer
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ZusammenfassungZusammenfassung• Tumoren entstehen durch molekulare Defekte.• manche Defekte sind für das Tumorüberleben wichtig (Achillesferse). • Labortests entdecken diese Defekte im Blut (ctDNA) und ermöglichen ggfs.
Therapieempfehlungen (actionable Health Information).• Speziallabors haben Tests für unterschiedliche Tumortypen.• Liquid Profiling (Liquid Biopsy) erkennt Rückfälle sehr früh: frühzeitige
Therapieanpassungen?• die Kombination von ctDNA und klassischen Tumormarkern können eine frühe
Primärdiagnostik ermöglichen.• die Heterogenität der Tumorzellen erfordert Anpassungen an Therapieschemata
für ein wiederholtes Zurückdrängen resistenter Tumorzellen (Rechallenge; holidays from therapy).
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ZusammenfassungZusammenfassung• Tumoren entstehen durch molekulare Defekte.• manche Defekte sind für das Tumorüberleben wichtig (Achillesferse). • Labortests entdecken diese Defekte im Blut (ctDNA) und ermöglichen ggfs.
Therapieempfehlungen (actionable Health Information).• Speziallabors haben Tests für unterschiedliche Tumortypen.• Liquid Profiling (Liquid Biopsy) erkennt Rückfälle sehr früh: frühzeitige
Therapieanpassungen?• die Kombination von ctDNA und klassischen Tumormarkern können eine frühe
Primärdiagnostik ermöglichen.• die Heterogenität der Tumorzellen erfordert Anpassungen an Therapieschemata
für ein wiederholtes Zurückdrängen resistenter Tumorzellen (Rechallenge; holidays from therapy).
Ziel ist, Tumorerkrankungen zu chronischen, beherrschbaren Erkrankungen zu machen, wenn man sie schon nicht heilen kann.
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Dr. Verena HaselmannDr. Maren HedtkeIngrid BrechtelAngelika DudaMaximilian Kittel
Prof. Dr. Hartmut JuhlDr. Frank DiehlDr. Barbara BehrensDr. Frederick S. Jones
Institut für Klinische Chemie, UMM
Sysmex, Hamburg
Prof. Dr. Jochen UtikalDr. Christoffer GebhardtDr. Tim Holland‐Letz
Klinik für Dermatologie, UMMDFKZ, Heidelberg
Klinik für Dermatologie, UK‐EssenProf. Dr. Dirk SchadendorfDr. Antje Sucker
DanksagungDanksagung
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vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeitvielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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