Onderzoeksgroepen uit de Verenigde Staten, Denemarken en Nederland publiceerden onlangs in Nature een nieuwe, in Baltimore (Verenigde Staten) ontwikkelde methode om in het plasma van kankerpatiënten vrij circulerend tumor-DNA (ctDNA) te identificeren: geen selectie op kankerspecifieke mutaties, maar op veranderingen die samenhangen met hoe het DNA in celkernen is verpakt.1
Prof. dr. Gerrit Meijer, hoofd van de afdeling Pathologie van het Antoni van Leeuwenhoek, Amsterdam, en een van de hoofdonderzoekers van dit project, geeft samen met zijn collega moleculair bioloog dr. Remond Fijneman tekst en uitleg.
“Diagnostiek op basis van ctDNA in liquid biopsies is zoeken naar een speld in een hooiberg,” begint Gerrit Meijer. “Keken we met de mutatieanalyses naar het speldenknopje, nu richten we ons in feite op de rest van de speld en verlagen daarmee fors de detectiegrens.” Inmiddels is ook Remond Fijneman aangeschoven: “Tot dusver keken we naar sequenties van bekende oncogenen of tumorsuppressorgenen. Bij tumortypen als darmkanker lukt dat redelijk goed wanneer er sprake is van uitgebreide ziekte. Bij vroege stadia van ziekte zijn er echter veel minder tumorcellen en bereik je onvermijdelijk de detectiegrens. Die kan worden verlaagd door een heel genenpanel te analyseren. Een aantal jaren geleden zijn we gestart met het sequencen van tientallen genen, individueel met hoge gevoeligheid te traceren dankzij een soort ‘barcodes’.2 Maar als je tumoren in een vroeg stadium wilt diagnosticeren, schiet zelfs deze uitgebreide sequencing tekort.”
DELFI-methode
DNA bindt in celkernen aan histonen. Nucleosomen zijn op regelmatige afstand gelegen DNA-histon-complexen waar de genexpressie wordt geregeld. Als cellen afsterven wordt het DNA dat buiten deze complexen zit door DNA-enzymen weggeknipt en komen de vrije nucleosomen terecht in het bloedplasma. De gemiddelde lengte van zo’n nucleosomaal stukje DNA is 166 baseparen. Bij kankercellen is sprake van veranderde genexpressiepatronen en dat veroorzaakt nogal wanordelijke DNA-histon-interacties. Fijneman: “Het levert veelal kortere nucleosomale DNA-fragmenten op dan bij normale cellen, soms juist iets langere. Dat was al langer bekend, maar nu is er een uitgekiende methode bedacht om er iets mee te doen. Het komt erop neer dat het genoom wordt verdeeld in enkele honderden stukken, ofwel bins, en binnen die bins analyseren we de lengte van alle nucleosomale DNA-fragmentjes. In het betreffende project - DNA evaluation of fragments for early interception, kortweg DELFI - is het genoom opgedeeld in 500 bins. Dat levert uiteindelijk 500 meetpunten op en een uiterst complexe analyse. Om toch bruikbare verschillen te vinden is een zelflerend algoritme ontwikkeld, dat in alle gegevens zelfstandig op zoek gaat naar voorspellende signalen.”
DELFI is een initiatief van prof. dr. Victor Velculescu, hoogleraar Oncologie en Pathologie aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Verenigde Staten. Meijer: “De trans-Atlantische samenwerking van Amerikaanse en Nederlandse onderzoekers is in het verleden zeer succesvol gebleken. Zo werkten we al intensief samen op het gebied van stadium II-darmkanker binnen ons KWF-Sta op tegen kanker-MEDOCC-project. 15-20% van geopereerde stadium II-patiënten recidiveert en zou baat hebben bij adjuvante behandeling. In samenwerking met prof. dr. Miriam Koopman en dr. Geraldine Vink van het UMC Utrecht wordt nu hierin ook de plaats van ctDNA onderzocht. Als een spin-off daarvan beschikten we over bloedmonsters waarmee vervolgens de DELFI-methode kon worden geëvalueerd. Ook ander groepen in Nederland zijn hierbij betrokken. Zo heeft prof. dr. Nicole van Grieken, van de afdeling Pathologie van het Amsterdam UMC, locatie VUmc, monsters van maagkankerpatiënten beschikbaar gesteld.”
Geen Zwitsers mes
Het artikel in Nature beschrijft hoe de DELFI-analyse bij 236 patiënten met borst-, darm-, long-, ovarium-, pancreas-, maag- of galwegkanker tussen 57% en ruim 99% van de gevallen de aanwezigheid van kanker wist de detecteren. In 75% van de gevallen kon met DELFI ook de weefselherkomst worden vastgesteld.1 Dat laatste is met name vanuit vroegdiagnostisch oogpunt van belang. Wel waarschuwt Meijer voor het beeld dat ctDNA een soort Zwitsers zakmes is waarmee willekeurig welk probleem kan worden opgelost.
“We zoeken naar specifieke toepassingen voor verschillende klinische vragen. Bijvoorbeeld of ctDNA eerder dan beeldvorming een recidief kan ontdekken na systemische behandeling van uitzaaiingen. Bij doelgerichte therapieën kun je ook kijken of in het ctDNA specifieke resistentiemutaties zijn opgetreden. Mogelijk kun je met ctDNA ook nagaan of er sprake is van uitzaaiingen na verwijdering van de primaire tumor. De keuze om al of niet systemisch te behandelen wordt nu nog gemaakt op basis van de vrij grofmazige TNM-stadiëring en hopelijk kan een ctDNA-bepaling dat veel nauwkeuriger inschatten.”
De heilige graal is uiteindelijk vroegdiagnostiek. Fijneman: “Op een onlangs gehouden ESMO/EACR-congres over liquid biopsies in Bergamo (Italië) werd die laatste optie uitgebreid besproken en velen vroegen zich af of ctDNA hier geen brug te ver is. Maar mogelijk is de detectiedrempel van de DELFI-methode daar toch laag genoeg voor.”
Gestroomlijnde pijplijn
Velculescu is expert op het gebied van DNA-technologie, maar Meijer weet wat nodig is voor een goede klinische validatie. “We onderzoeken in Nederland hoe we de klinische validatie slim kunnen aanpakken, zodat dit soort tests sneller kan worden geïmplementeerd. Dat hangt niet alleen af van goede validatie, ook moeten partijen geïnteresseerd zijn die er voor zorgen dat zo’n test straks betaalbaar is. Een half jaar geleden hebben we een ZonMw-subsidie gekregen voor het project ctDNA on the way to implementation in the Netherlands (COIN). Met COIN pakken we nu heel gestructureerd aan hoe te komen van proof-of-concept naar klinische toepassing, proberen we daar dus een heel gestroomlijnde pijplijn van te maken.
Om te voorkomen dat appels en peren worden vergeleken, worden voor alle ctDNA-studies in Nederland afspraken gemaakt over het documenteren van de standaardprocedures en het rapporteren van de resultaten. Voor geneesmiddelen bestaat al langer een strak gereguleerd klinisch validatieraamwerk. Dankzij adequate procedures en toereikende budgetten kunnen die op een systematische wijze worden doorontwikkeld, zodat ze bij patiënten komen. Iets dergelijks ontbreekt helaas voor de diagnostiek. Er zijn talloze proof-of-concept papers met betrekking tot biomarkers, maar minder dan één op duizend van die kandidaat-biomarkers wordt ingezet in de kliniek. Het is dus echt cruciaal om dat proces efficiënter te maken!”
Fijneman: “Overigens is de kans op implementatie voor dit ctDNA-project aanzienlijk groter, omdat het al wordt getest in zorgvuldig verzamelde plasmasamples. Iedereen die daarbij betrokken is wil graag naar de volgende stap, naar klinische studies. En omdat ctDNA veel mogelijkheden biedt, is er ook veel aandacht vanuit het bedrijfsleven. Het aantal initiatieven om een en ander te commercialiseren en klinisch toe te passen is bij ctDNA beslist groter dan bij andere ontwikkelingen op dit gebied.” Meijer: “Een bijkomend voordeel van de DELFI-methode is dat kan worden volstaan met minder sequencing, dus het is aannemelijk dat deze methode tegen relatief lagere kosten kan worden uitgevoerd.”
Referenties
1. Cristiano S, et al. Nature 2019;570:385-9.
2. Phallen J, et al. Sci Transl Med 2017;9. pii: eaan2415. doi: 10.1126/scitranslmed.aan2415.
Dr. Jan Hein van Dierendonck, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2019 vol 10 nummer 5
DEEL DIT ARTIKEL:
