NGS-tests (Next Generation Sequencing) voor kanker

Samenvatting

Next generation sequencing is een technologie die wordt gebruikt voor het bepalen van de volgorde van genetisch materiaal (DNA of RNA) om inzicht te krijgen in de genetische variatie die samenhangt met ziekten zoals kanker. Sequencing van de volgende generatie vindt zijn toepassing in de detectie van kankermutatie, genetische tests voor erfelijke kanker, gepersonaliseerde kankerbehandeling, detectie van circulerend kanker-DNA. Sequencing van de volgende generatie kan worden gebruikt om meerdere kankerspecifieke markers tegelijkertijd te testen, waardoor geld, tijd en patiëntmonsters worden bespaard.

Wat is Next Generation Sequencing?

Next generation sequencing (NGS) is een technologie die wordt gebruikt voor het bepalen van de volgorde van genetisch materiaal (DNA of RNA) om inzicht te krijgen in de genetische variatie die samenhangt met verschillende ziekten en biologische fenomenen. Voor de komst van NGS werd de Sanger-sequencingtechniek gebruikt om de DNA-sequentie te bepalen. Vanwege de beperkingen van Sanger-sequencing in doorvoer en relatief hoge kosten, was het echter moeilijk om een ​​groot DNA/RNA-monster te sequencen. De NGS-technologie is ontwikkeld om de tekortkomingen van Sanger-sequencing te verhelpen. NGS-technologieën kunnen duizenden DNA-moleculen tegelijkertijd parallel sequencen met een hoge doorvoer en snelheid^{? 1?}.

Oncologen zoeken vaak naar specifieke mutaties tijdens kankerbiopten, omdat ze kunnen helpen bij het identificeren van belangrijke doelen voor gerichte therapie en specifieke behandelingsopties bij kankerpatiënten. Voor verschillende soorten kanker worden verschillende soorten kankerspecifieke mutaties waargenomen. Verschillende soorten kanker verschillen ook in het aantal potentiële doelmutaties. Voorheen moesten meerdere tests worden uitgevoerd voor de detectie van enkele van dergelijke gerichte mutaties bij kanker, wat zowel tijdrovend als kostbaar was. Verder onderzoek naar gepersonaliseerde geneeskunde en kankerspecifieke behandelingen heeft geleid tot de identificatie van potentieel belangrijke doelmutaties voor verschillende soorten kanker. In dit scenario is NGS de technologie waarmee artsen veel kankerspecifieke genen tegelijk kunnen testen. De NGS-test kan worden uitgevoerd op basis van verschillende soorten monsters, waaronder tumor- en bloedmonsters van kankerpatiënten. De NGS-test kan ook worden uitgevoerd op basis van een zeer kleine hoeveelheid DNA die is geïsoleerd uit circulerende kankercellen in het bloedmonster van de patiënt^{? 2?}.

Verschillende NGS-platforms

Momenteel zijn er verschillende NGS-platforms in de handel verkrijgbaar: de Illumina Miseq en Hiseq, de Roche 454 GS, Ion torrent en de Life Technologies SOLiD^{? 3?}. Sommige NGS-platforms, zoals Ion Torrent en Illumina Miseq, zijn gunstiger voor klinisch gebruik vanwege hun kortere looptijd en verhoogde flexibele doorvoer.

Soorten NGS genetische tests

Gehele genoomsequencing

Whole-genome sequencing omvat het sequencen van het volledige genoom van de patiënt en het in kaart brengen ervan in de database van het menselijk genoom om mutaties te detecteren. Het belangrijkste voordeel van sequencing van het hele genoom is het sequencen van het volledige genoom, inclusief zowel coderende (regio's die zich vertalen in eiwitten) als niet-coderende regio's (regio's die zich niet vertalen in eiwitten maar regulerende functies hebben) van de DNA-sequentie. Daarom wordt sequencing van het hele genoom meestal gebruikt om zeldzame en nieuwe mutaties te identificeren^{? 3?}.

Whole-exome-sequencing

Bij whole-exome sequencing worden de exons (regio's die zich vertalen in mRNA) van alle bekende genen gelijktijdig gesequenced. Het grote voordeel van exoomsequencing ten opzichte van sequencing van het hele genoom is dat het kosteneffectief en minder tijdrovend is. Whole-exome sequencing wordt vaak gebruikt voor de identificatie van kanker-geassocieerde genen^{? 4?}.

Transcriptoomsequencing

Transcriptoomsequencing, ook wel RNA-seq genoemd, omvat het sequencen van cDNA-fragmenten (complementair DNA) die zijn gegenereerd door reverse transcriptie van RNA. Clinici kunnen het RNA-expressieprofiel en splicingprofiel bepalen op basis van transcriptoomsequencingresultaten.

Epigenetische analyse

Epigenetische analyse is een opkomende toepassing van NGS die wordt gebruikt om epigenetica bij kanker te karakteriseren. De potentiële diagnostische en prognostische toepassing van DNA-methylatie en eiwit-DNA-bindingsprofielen bleken de ontwikkeling van verschillende soorten kanker te begrijpen^{? 5?}.

Voor- en nadelen van NGS proef

Er zijn veel voor- en nadelen van op NGS gebaseerde genetische tests in vergelijking met de traditionele genetische testbenadering voor individuele markers.

Voordelen van de NGS-test:

• NGS kan worden gebruikt om veel genen tegelijk te testen, waardoor geld, tijd en patiëntmonsters worden bespaard.
• NGS kan mutaties helpen detecteren die specifiek nodig zijn en helpen bij het identificeren van nieuwe markers die aanvullende behandelingsopties kunnen bieden.
• Genetische test Het gebruik van NGS biedt een brede verzameling markers voor onderzoekers en artsen, die kunnen helpen bij het identificeren van nieuwe patronen in de reacties van patiënten.

Nadelen van de NGS-test

NGS is niet geschikt voor de studie van een enkele marker omdat het meer tijd kost in vergelijking met technieken die zijn ontworpen voor de analyse van individuele markers.

NGS is aanzienlijk duurder voor het bestuderen van enkele of enkele markers in vergelijking met technieken die zijn ontworpen voor individuele markerstudie.

NGS-resultaten zijn meestal moeilijk te interpreteren. Daarom kan een verkeerde interpretatie van het NGS-resultaat leiden tot verkeerde behandelbeslissingen die de patiënt kunnen schaden^{? 2?}.

Wie moet NGS-testen krijgen?

Alvorens een test te ondergaan, moet het belang van de test in het behandelingsregime zorgvuldig worden bekeken. Als de test geen significante rol speelt in het behandelresultaat, is het niet raadzaam om de tests uit te voeren, vooral als de betreffende test tijdrovend, invasief en hoge kosten met zich meebrengt. NGS genetisch testen is meer geschikt voor bepaalde kankertypes waar verschillende moleculaire markers vaak worden waargenomen. Voor kankertypes kan NGS helpen bij het identificeren van mutaties die verband houden met een nieuwe behandelingsoptie voor de patiënt; de kans hierop is echter meestal erg laag^{? 2?}.

Toepassing van NGS in klinische oncologie

Identificatie van nieuwe kankermutaties

NGS-technologieën hebben de nauwkeurige en efficiënte detectie van zeldzame en nieuwe somatische mutaties mogelijk gemaakt. Het gebruik van de NGS-test in kankeronderzoek heeft met succes geholpen bij het identificeren van nieuwe mutaties in verschillende soorten kanker, waaronder niercelcarcinoom, blaaskanker, kleincellige longkanker, acute myeloïde leukemie, prostaatkanker en chronische lymfatische leukemie. De sequencing van het hele genoom en het hele exoom heeft geholpen bij het identificeren van verschillende nieuwe en zeldzame genetische mutaties en de bijbehorende potentiële therapeutische doelen voor kankertypes^{? 6?}.

NGS bij erfelijke kankersyndroom genetische tests

Bijna 5%10% van alle soorten kanker is erfelijk. In de VS en Europa worden genetische tests al ruim tien jaar routinematig toegepast bij patiënten met erfelijke kanker^{? 7?}. De ontwikkeling van NGS opende veel mogelijkheden voor genetische tests. NGS biedt een veelbelovende oplossing voor de detectie van zeldzame genetische afwijkingen. NGS verbetert de detectiesnelheid van variaties aanzienlijk vanwege het vermogen om tegelijkertijd op meerdere genen te controleren. Veel erfelijke kankerpatiënten werden negatief gerapporteerd voor genetische afwijkingen, maar met NGS was het gemakkelijker om de oorzakelijke mutaties te identificeren. Het gebruik van NGS voor erfelijke kankersyndromen kan binnenkort zijn toepassing vinden in de klinische praktijk. Gegevens verkregen met behulp van sequencing van het hele genoom of het hele exoom van verschillende kwaadaardige tumoren zijn gebruikt in verschillende klinische onderzoeken naar gepersonaliseerde kankertherapie^{? 6?}.

NGS-test voor gepersonaliseerde kankerbehandeling

Naast het identificeren van somatische en nieuwe genetische mutaties, kan NGS ook de gepersonaliseerde geneeskunde voor de behandeling van kanker verbeteren. Veel studies hebben NGS gebruikt voor het ontwikkelen van gepersonaliseerde kankerbehandeling. De NGS-test voor kanker werd bijvoorbeeld gebruikt om alvleesklierkanker te behandelen. Het werd ook gebruikt bij niet-kleincellige longkanker om de epidermale groeifactorreceptor (EGFR), die significante klinische en pathogenetische implicaties bleek te hebben voor niet-kleincellige longkankerpatiënten. Daarnaast werd NGS ook gebruikt om te detecteren: PML-RARA fusie-gen bij patiënten met acute promyelocytische leukemie, wat hielp bij het wijzigen van het therapeutische schema van kankerpatiënten. Studies hebben de praktische klinische toepassingen van NGS bij de behandeling van kanker aangetoond^{? 6?}.

Detectie van circulerend kanker-DNA

De NGS-test wordt al lang gebruikt om somatische mutaties en genetische variatie in het circulerende DNA van het bloed van kankerpatiënten op te sporen voor een effectief beheer en diagnose van kanker. Tumorsuppressorgenen zoals TP53 zijn sterk gemuteerd bij kankerpatiënten en zeldzame mutaties in dit gen zijn erg moeilijk te detecteren en te identificeren. NGS dient als een kosteneffectieve methode om dergelijke mutaties in de TP53 gen^{? 6?}.

Wanneer moet een NGS-test klinisch worden overwogen?

Veel onderzoekers steunen een conservatieve benadering van genetisch testen van kanker. Ze hebben voorgesteld om NGS-testen alleen te gebruiken in klinische onderzoeken of gecontroleerde onderzoeksomgevingen. Daarentegen hebben vele anderen het routinematige gebruik van NGS voorgesteld voor genetische tests voor patiënten met uitgezaaide kanker. Hieronder volgen de gebieden waar het gebruik van NGS in klinische omgevingen kan worden toegeschreven.

Multi-testen

Voor bepaalde soorten kanker, zoals gevorderde niet-kleincellige longkanker, hangt de eerstelijnsbehandeling van kanker af van de genetische status van meerdere moleculaire markers. NGS kan in een dergelijke context worden gebruikt om meerdere genetische veranderingen op te sporen en te identificeren en om informatie te verkrijgen over gepersonaliseerde kankertherapie voor de patiënt. Het feit dat de meeste beschikbare monsters voor de behandeling van gevorderde longkanker een laag tumorcelgehalte hebben (patiënten worden meestal gediagnosticeerd met kleine biopsieën) is in dit geval van groot belang. NGS kan ook toepassing vinden bij andere soorten tumoren waarvoor meervoudige screening essentieel is, zoals melanoom (BROER, KIT) of colorectale kanker (RAS, BRAF).

Onregelmatige moleculaire veranderingen

Een andere reden om het gebruik van NGS-genetische tests bij longkanker te ondersteunen, is dat zeldzame moleculaire veranderingen die voorkomen bij andere kankers ook aanwezig kunnen zijn in een klein deel van NSCLC, zoals die welke geschikt zijn voor tumoragnostische of transversale behandeling met NTRK TKI's, transversale of microsatelliet instabiliteit, faciliteert NGS het testen van deze aanvullende en zeldzame biomarkers. Daarom wordt de integratie van genomische markers steeds belangrijker voor de behandeling van kankerpatiënten. NGS kan ook zeer nuttig zijn bij het identificeren van genetische reacties op geneesmiddelen tegen kanker of gepersonaliseerde therapieën.

Zeldzame kankers

Zeldzame kankertypes worden vaak gezien bij een klein aantal patiënten en vaak wordt er geen standaard tweedelijnsbehandeling voorgeschreven. Vanwege hun zeldzaamheid worden deze maligniteiten vaak niet bestudeerd in conventionele fase 3 klinische onderzoeken om de waarde van nieuwe behandelingen te bepalen. Enkele voorbeelden zijn sarcomen, galwegkankers, mesothelioom en kanker van niet-geïdentificeerde primaire oorsprong. Bij zeldzame maligniteiten biedt het merendeel van de met NGS gedetecteerde mutaties geen klinisch voordeel voor patiënten. Klinische onderzoeken op basis van NGS-gegevens kunnen echter behandelingsalternatieven bieden voor onderzoeksgeneesmiddelen voor patiënten met beperkte behandelingsopties.

Netwerken voor klinische proeven

Het gebruik van NGS en precisiegeneeskunde kan patiënten helpen om een ​​gepersonaliseerde kankerbehandeling te krijgen. Dit vereist natuurlijk nieuwe ontwerpen voor klinische proeven en georganiseerde netwerken voor klinische proeven. Er is momenteel ongekende vooruitgang in de ontwikkeling van klinische onderzoeken naar kanker in een vroeg stadium in de vorm van adaptieve onderzoeken met behulp van op NGS gebaseerde klinische onderzoeksontwerpen om biomarkers en gezamenlijke ontwikkelingsprocessen voor geneesmiddelen te optimaliseren.

Klinisch oordeelsgericht testen

Omdat NGS-testen vaak niet indicatief zijn, moet klinische beoordeling daarom voorafgaan aan moleculair testen bij kankerpatiënten. Over het algemeen dienen NGS-testen niet te worden aanbevolen aan patiënten, tenzij de resultaten van genomische tests een belangrijk effect hebben op de klinische behandeling van kankerpatiënten. Somatische genpanels zijn bijvoorbeeld meestal niet nodig bij patiënten in een vroeg stadium die de laatste behandeling krijgen. Ze zullen geen effectieve NGS-gemedieerde veranderingen hebben die verder gaan dan wat kan worden bepaald op basis van standaardbeoordelingen (ER, PR, HER2 voor borstkanker). Patiënten met snelgroeiende kanker, een slechte prestatiestatus of patiënten met een levensverwachting van minder dan drie maanden dienen geen moleculair profiel te krijgen. Deze patiënten worden het meest waarschijnlijk verwezen voor palliatieve zorg^{? 3?}.

Toekomst van NGS-testen bij kanker

NGS is onlosmakelijk verbonden met de implementatie van precisiegeneeskunde in de oncologie. In de huidige staat is het onwaarschijnlijk dat het conventionele prognose uitsluit, maar het geeft een volledig beeld van de pathogenese van kanker. RNA-sequencing met behulp van NGS kan informatie verschaffen over de relatieve expressie van gemuteerde genen. Bovendien vindt immunotherapie steeds meer zijn belang bij kankertherapie, met name bij melanoom^{? 8?}. NGS-sequencing kan van groot belang zijn voor het voorspellen van de respons op immunotherapie. Exome-sequencing kan worden gecombineerd met massaspectrometrie om te bepalen welke neo-antigenen effectief worden gepresenteerd door het major histocompatibility complex (MHC)^{? 9?}.

Referenties