Skreddersydd medisin: DNA-sekvensering av kreftceller. Gunhild M. Mælandsmo Kjersti Flatmark

Transkript

1 Skreddersydd medisin: DNA-sekvensering av kreftceller Gunhild M. Mælandsmo Kjersti Flatmark

2 Frokostmøte 13. juni 2018 Bioteknologirådet, Kreftforeningen, Oslo Cancer Cluster Persontilpasset medisin: DNA-sekvensering av kreftceller Primærsvulst Dattersvulst

3 Persontilpasset medisin: DNA-sekvensering av kreftceller Erfaringer fra den første norske studien der det benyttes bredspektret DNA-sekvensering for bestemmelse av behandling På vegne av prosjektgruppen Gunhild M. Mælandsmo og Kjersti Flatmark Seksjon for tumorbiologi og Seksjon for gastrokirurgi Oslo University Hospital

4 Disposisjon Begreper og teknologier Kreft - Diagnostisering og valg av behandling Persontilpasset kreftbehandling Bakgrunn for MetAction-studien MetAction-studien (Kjersti) Planlegging og gjennomføring Hva har vi oppnådd og hva har vi lært? Hvor går vegen videre? Tid for teknologiskifte? MetAction i et internasjonalt perspektiv Kommersielle aktører vs offentlig helsevesen

5 Introduksjon: begreper og teknologier

6 Friske celler Design: TE Rusten

7 Genfeil i kreftsvulster ca NOK /genome Teknologiutvikling -> Økt kunnskapsnivå

8 Kjente genfeil Molekylærpatologiske Melanom: analyser NSCLC: rekvireres ut fra diagnose: Tarmkreft: Vogelstein, Science, 2013

9 Økende antall biomarkører Diagnostiske biomarkører Fusjonsgener, EWSR, SSX, BCR-ABL KIT... mutasjoner Prognostiske biomarkører FLT3, TP53, KRAS... mutasjoner Ekspresjonssignaturer Prediktive biomarkører EGFR, BRAF, FGFR, KIT... mutasjoner ALK, RET, NTRK fusjoner ERBB2 amplifikasjoner MSI, BRACAness, mutasjonsbyrde Behov for teknologi som kan takle det økende antall biomarkører: Mer sikker diagnose Bedre stratefisering av pasienter

10 Moderne patologi et fag i utvikling Deebèle & Forsson credited with discovering the first microscope. Virchow establishes the cellular basis of disease. Development of polymerase chain reaction (PCR) leads to a change in DNA analysis due to the ability to amplify DNA. First draft of the human genome sequence is published. Immuno FISH Malphigi discovers capillary microcirculation using microscope techniques. First publications on the use of an immunochemistry technique to stain cells. Investigation of many genes at once (using microarrays) rather than single-gene investigations. Development of massive parallel sequencing (NGS). Sequencing thousands or millions of molecules in a single reaction. Fenotype Multidisiplinær diagnostikk integrerer: Morfologi Histologi Fenotype data /proteinuttrykk Molekylære data Nivå av informasjon?? - Genpaneler..? - Alle kodende gener? - All DNA..? Representativt for biologisk aktivitet..? RNA ekspresjon Mutasjoner

11 Den første norske studien der behandling er bestemt på grunnlag av DNA-sekvensering av kreftsvulsten 5. april april Juni 2018

12 Utlysning fra Forskningsrådet april 2012: Bakgrunn Program for offentlig initierte kliniske studier Rett behandling til rett pasient til rett tid og på rett sted Persontilpasset behandling Tar høyde for heterogenitet mellom pasienter... Utfordres av heterogenitet mellom celler Forventer Bedre effekt Reduserte kostnader / bivirkninger Ledergruppe: Gunhild M. Mælandsmo biolog Anne Hansen Ree kreftlege Kjersti Flatmark kirurg Anne-Lise Børresen-Dale biolog Hege G. Russnes patolog

13 MetAction hypotesen 1. Målrettet persontilpasset behandling - klinisk utprøving endestadium av sykdom kreft med sperdning 2. Må baseres på: - molekylær karakterisering av spredningssvulst (metastase) - rettes mot proteiner med regulatorisk funksjon i aktuell svulst 3. Dagens praksis: behandling bestemmes ut fra funn i primærtumor

14 Hva regulerer kreftutvikling Endret energibehov Unngå veksthemmere Unngå angrep fra immunsystemet Alle disse egenskapene kan hemmes i form av ulike behandlinger mot kreft Unngå celledød Uendelig celledeling Akkumulering av genfeil Dannelse av nye blodårer Invasjon og spredning Oppretthold vekststimulering Vekstfremmende inflammasjon Hanahan and Weinberg, 2011

15 Det finnes mange signalveger...

16 Det finnes mange signalveger... Hvor skal vi stanse trafikken?

17 Det finnes mange signalveger......noen er funnet aktivert i mange ulike typer kreft og noen finnes det målsøkende medikamenter imot...

18 Hva har vi gjort i MetAction? Primærsvulst Dattersvulst Pasient med spredning Analysert DNA Valgt behandling på grunnlag av funn i DNA

19 Klinisk studie Mål for studien: Tilby skreddersydd behandling på grunnlag av analyse av DNA Hvem kunne inkluderes: 50 pasienter med spredning (alle solide kreftformer) Ikke lenger effekt av behandling Mulig å ta vevsprøve av spredningssvulsten Behandling: Hvis funn av genfeil som tilsier effekt Medikamenter som er godkjente for kreftbehandling i Norge Endepunkt: Responstid Bivirkninger

20 Forberedelser første gang i Norge radiologi patologi + molekylærbiologi bioinformatikk valg av terapi + + Prøvetaking analyser...?? Tolking av data...?? Tverrfaglige team / tumor boards nødvendig for å hanskes med all informasjon

21 Intergrert diagnostikk Prelim. pat.rapport (cytologi) Prelim. variantrapport Endelig variantrapport Endelig pat.rapport Onkolog Radiolog Cyt./mol.patolog Studiesykepleier Patolog Lab.tek. Mol.biol. Bioinfo Mol.biol Mol.patolog Bioinfo Mol.biol Mol.patolog Onkolog Studiesyepl Onkolog Radiolog Mol.patolog. Cytolog Mol.biol Studiesyepl Bioinfo Ree et al., ESMO Open, 2017

22 Tumor Boards - behandlingsbeslutning Endelig patologirapport: cytologi, FISH og molekylære data Data og rapport presenteres på TB (videolink OUS- AHUS) ferdigstilles og signeres etter konsensus Behandlingsanbefaling rapporteres i klinisk journal Tid fra biopsi til behandlingsbeslutning: gjennomsnitt 18 dager (range 8-57)

23 Klinisk studie første del: Etablering av diagnostikk, men ingen pasienter fikk behandling

24 Klinisk studie andre del Tre viktige justeringer av protokoll godkjent av SLV og REK Mer omfattende diagnostisk panel Ion AmpliSeq Cancer Hotspot Panel -> Ion Oncomine Comprehensive Panel Tolking av sekvensdata Sikker biomarkør -> større frihet Behandling Kombinasjonsbehandling mulig (forutsatt kjent bivirkningsprofil og dose for kombinasjonen)

25 ID Prim. tumor Major mutations Therapy AR-020 Paranasal sinus NKX2-1 loss, NKX2-8 loss None AA-520 Oral cavity ALK-unknown partner, PIK3CA, FBXW7 Everolimus AR-015 Thoracic wall FGFR1, MYC None AR-018 Breast FGFR1, CCND1 Ponatinib AR-012 Pancreas CCDC6-BICC1, KRAS, TP53 Olaparib (not commenced) AA-524 Liver ALK-unknown partner, PIK3CA, BAP1, PTCH1, Crizotinib TP53, RB1 AA-526 Right colon Embargoed Pembrolizumab AA-523 Right colon BRAF, PTEN, CCDC6-BICC1, TP53 AR-021 Right colon KRAS, ERBB2, PIK3CA, SMAD4, APC, TP53 None Vemurafenib and Panitumumab Resultater andre del: Funn av genfeil som ledet til behandlingsbeslutning hos 13 av 26 pasienter AR-022 Right colon KRAS, SMAD4, APC, TP53 None AA-522 Left colon BRAF, EGFR, BRCA2, TSC1, PTEN, APC, ZNF217, GATA3, RHOA, FBXW7 Pembrolizumab AA-515 Left colon PIK3R1, NF1, APC, TP53 AA-517 Left colon ATM, KRAS, PIK3CA, APC Olaparib AA-521 Left colon ATM, KRAS, PIK3CA, APC None AA-514 Left colon KRAS, PIK3CA, APC, TP53 None AA-516 Left colon KRAS, MSH2, APC None AA-525 Left colon KRAS, DDR2 None AR-023 Left colon KRAS, APC None Panitumumab and Irinotecan/Fluorou racil AR-016 Rectum GOPC-ROS1, KRAS, SMAD4, APC, TP53 Crizotinib AA-519 Rectum ALK-EML4, KDR, APC, TP53 Crizotinib AR-019 Rectum KRAS, PIK3CA, NOTCH1, FBXW7, APC, TP53 None AA-527 Rectum KRAS, PIK3CA, APC None AR-017 Kidney None None AA-518 AR-014 Urinary bladder Retroperitoneum PTEN loss MSH2, BRCA1, PIK3CA, CDH1, MYC, TP53, RB1 AR-013 Bone NF1, PTCH1, CDKN2A, RB1 None Pembrolizumab (discont. after first cycle) Everolimus (not commenced)

26 Resultater - andre del: Behandlingsresponser ID Prim. tumor Major mutations Therapy CTCAE toxic. Period-B/Period-A AA-520 Oral cavity ALK-unknown partner, PIK3CA, FBXW7 Everolimus None <1.3 AR-018 Breast FGFR1, CCND1 Ponatinib None <1.3 AR-012 Pancreas Olaparib (not CCDC6-BICC1, KRAS, TP53 commenced) o o ALK-unknown partner, AA-524 Liver PIK3CA, BAP1, PTCH1, Crizotinib None 1.41 TP53, RB1 AA-526 Right colon Embargoed Pembrolizumab None Period-B not reached at 57 weeks AA-523 Right colon BRAF, PTEN, CCDC6- Vemurafenib and BICC1, TP53 Panitumumab None 2.65 AA-522 Left colon BRAF, EGFR, BRCA2, TSC1, PTEN, APC, ZNF217, GATA3, RHOA, FBXW7 AA-515 Left colon PIK3R1, NF1, APC, TP53 Pembrolizumab Panitumumab and Irinotecan/Fluorouracil Grade 3 colitis Period-B not reached at 66 weeks None 2.40 AA-517 Left colon ATM, KRAS, PIK3CA, APC Olaparib None <1.3 AR-016 Rectum GOPC-ROS1, KRAS, SMAD4, APC, TP53 Crizotinib None 1.34 AA-519 Rectum ALK-EML4, KDR, APC, TP53 Crizotinib None <1.3 AA-518 Urinary bladder Pembrolizumab MSH2, BRCA1, PIK3CA, (discont. after first CDH1, MYC, TP53, RB1 cycle) None o AR-014 Retroperitoneum PTEN loss Everolimus (not commenced) o o 10 av 13 pasienter startet behandling Behandlingseffekt hos 6 av 13 pasienter Langtidseffekter: 2 pasienter fortsatt på behandling uten sykdomsaktivitet (immunterapi)

27 Hva gjør disse medikamentene? 1) Hemmer vekst og reparasjon av DNA 2) Aktiverer immunsystemet

28 Ikke alle kan få behandling Vi finner ingen genfeil Det finnes ingen medikamenter som passer for de genfeilene som finnes Noen ganger er bildet for komplekst til at det er mulig å finne god behandling

29 Pasient AR-021: spredning til lever Primærtumor: tykktarmkreft Ikke alle kan få behandling MARKER %READS RESULT ASS THERAPIES FDA Clin trials KRAS 45% G12C NO YES PIK3CA 47% E542K NO YES ERBB2 44% G776V YES YES APC 22% Q767X NO NO APC 46% I1524fs NO NO TP53 59% E298X NO NO SMAD4 61% D415N NO NO TGFBR EGFR P P EGFR EGFR P ERBB2 P P ERBB2 P P ERBB3 Gain-of-function mutation Loss-of-function mutation Hemming av en signalvei vil føre til at en annen signalvei vil overta SMAD2/3 RAS PI3K PTEN Hemming av flere signalveier gir for mye bivirkninger SMAD4 RAF MEK AKT mtor Konklusjon: Ingen behandling ERK Gene expression Proliferation Survival

30 Konklusjoner DNA sekvensdata kan brukes til å guide behandlingsbeslutninger Vi har vist at dette er gjennomførbart i norsk spesialisthelsetjeneste Diagnostisk arbeidsflyt er etablert og funnet å fungere Behandlingsbeslutning innen akseptabel tidsramme Multidisiplinære team / Tumor boards essensielt Tolking av molekylære data er utfordrende Kompetanse innen alle ledd, inkl. molekylærbiologi/bioinformatikk, er nødvendig! MetAction diagnostisk pipeline og pasientbehandling Uten alvorlige komplikasjoner Vi har vist at persontilpasning av kreftbehandling kan være nyttig for enkeltpasienter Reversert sykdomsutvikling i pasienter med endestadium kreft Bør tilbys selekterte pasientgrupper

31 Utfordringer Økonomi Ikke mulig å finansiere innenfor dagens helsebudsjetter Tilgang på medikamenter Genome Transcriptome Proteome Kostnader Mangel på medikament mot detektert genfeil Genfeil er bare en del av bildet Komplekse signalnettverk Biologisk aktivitet reflekterer ikke alltid genfeilene

32 Videre planer MetAction-II Manglende finansiering fortsatt forskningsbasert aktivitet nødvendig Flytte diagnostikken fram i behandlingsforløpet i håp om at den skal være mer effektiv Kontakt med legemiddelindustrien Avventer søknadsbehandling i Forskningsrådet

33 Moderne patologi et fag i utvikling Deebèle & Forsson credited with discovering the first microscope. Virchow establishes the cellular basis of disease. Development of polymerase chain reaction (PCR) leads to a change in DNA analysis due to the ability to amplify DNA. First draft of the human genome sequence is published. Immuno FISH Malphigi discovers capillary microcirculation using microscope techniques. First publications on the use of an immunochemistry technique to stain cells. Investigation of many genes at once (using microarrays) rather than single-gene investigations. Development of massive parallel sequencing (NGS). Sequencing thousands or millions of molecules in a single reaction. Fenotype Multidisiplinær diagnostikk integrerer: Morfologi Histologi Fenotype data /proteinuttrykk Molekylære data Nivå av informasjon?? - Genpaneler..? - Alle kodende gener? - All DNA..? Representativt for biologisk aktivitet..? RNA ekspresjon Mutasjoner

34 Morfologi / Histologi vs DNA-analyser Normalt brystvev Brystkreft Hormonreseptor HER2 Spesialanalyser for solide kreftformer: totalt Mange analyser samtidig: - Kostnadsbesparende - Tidsbesparende Lin et al, Exp Rev of Mol Diag, 2014 Muligheten for persontilpasset behandling begrenses ved at et fåtall proteiner undersøkes

35 Persontilpasset medisin i Norge hva skjer..? Nasjonal strategi for persontilpasset medisin Utarbeidet av Helsedirektoratet på opdrag fra HOD Fokus på Arvelige sykdommer, kreft, infeksjonsmedisin Minimalt med friske midler Budsjett : 19 mill Etablering av: Nasjonalt nettverk av regionale kompetansesentre Nasjonal frekvensregister for arvelige genvarianter

36 PCM: Hva skjer i Norden? Offentlige initiativer vs sykehus-spesifikke initiativer Danmark: Nasjonal strategi for persontilpasset medisin ( ) -> DKK 100 mill Etablering av Danish National Genome Center Bygge kompetanse, nasjonalt genomsenter (analyser), kliniske studier Copenhagen Prospective Personalized Oncology (CoPPO) > 1000 patienter for guiding til klinisk utprøving (start 2014) Egne studier eller sender til andre steder -> 20% har hatt effekt av behandling Herlov Hospital, Ålborg Sverige: Genomic Medicine Sweden (nystartet høsten 2017) Etablerer nasjonal teknologiplatform for implementering av presisjonsmedisin

37 Hva skjer internasjonalt MSK-IMPACT Is the First Tumor-Profiling Multiplex Panel Authorized by the FDA, Setting a New Pathway to Market for Future New York, NY, Wednesday, November 15, 2017 The US Food and Drug Administration (FDA) announced today the authorization of MSK- IMPACT (which stands for integrated mutation profiling of actionable cancer targets), a high throughput, targeted-dna-sequencing panel for somatic mutations. Created by the Department of Pathology at Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK), MSK-IMPACT is a 468-gene oncopanel intended to detect gene mutations and other critical genetic aberrations in both rare and common cancers. While MSK-IMPACT had previously been approved by the New York State Department of Health as a clinical test, it is now the first tumor-profiling laboratory-developed test (LDT) to receive authorization through the FDA. This decision will help create a new pathway to market for these types of tests

38 MSK - IMPACT Zehir A et al. 2017, Nat Med 23; pasienter -> 11% hadde actionable targets og ble inkludert kliniske studier 26 pasienter -> 50 % hadde actionable targets og tilbydd behandling...!!

39 Kommersielle aktører DNA analyser definerte genpaneler Prøvemateriale: innstøpt vevsmateriale Prøvesvar: 2 uker Genvarianter / medikament listes i rapport Pris: NOK?? DNA, RNA og protein definerte paneler (n=600) Prøvemateriale: ferskt og innstøpt vev Prøvesvar: 2-3 uker Rapport: Genvariant medikament - kliniske studier Pris: NOK?? Flere kommersielle aktører. Kan benyttes mot privat finansiering. Utfordringer: tolking av sekvensdata få behandlingsalternativ Kompetanse i alle ledd nødvendig for å utnytte potensialet i PCM!!

40 Prosjektgruppen Management Team Gunhild M. Mælandsmo Molecular Biologist Anne-Lise Børresen-Dale Molecular Biologist Kjersti Flatmark Oncology Surgeon Anne Hansen Ree Med.-Rad. Oncologist Hege G. Russnes Molecular Pathologist Ole Christian Lingjærde Bioinformatician Gry Aa. Geitvik Lab. Engineer Clinical Trial Team Daniel Heinrich Med.-Rad. Oncologist Svein Dueland Med.-Rad. Oncologist Kjetil Boye Med.-Rad. Oncologist Vigdis Nygaard Molecular Biologist Laxmi Silwal-Pandit Molecular Biologist Olga Østrup Molecular Biologist Vegard Nygaard Bioinformatician Einar Rødland Bioinformatician Sigve Nakken Bioinformatician Janne-Merete Torset Øien Study Nurse Christin Johansen Study Nurse Eline Aas Health Econometrician Hilde Lurås Health Econometrician Eivind Hovig Bioinformatician Vivi A. Flørenes Molecular Biologist Vessela Kristensen Molecular Biologist Inger Riise Bergheim Lab. Engineer Veronica Skarpeteig Lab. Engineer Menaka Sathermugathevan Lab. Engineer Marius Lund-Iversen Pathologist Torill Sauer Pathologist Klaus Beiske Pathologist Salah Nasser Radiologist Espen Ruud Radiologist Lars Julsrud Radiologist Claudius Reisse Radiologist Kirsten T. Hagene Study Protocol Designer