ArchivDÄ-TitelSupplement: PerspektivenOnkologie 2/2019Molekulare Diagnostik: Rasante Weiterentwicklung

Supplement: Perspektiven der Onkologie

Molekulare Diagnostik: Rasante Weiterentwicklung

Dtsch Arztebl 2019; 116(35-36): [36]; DOI: 10.3238/PersOnko.2019.06.10.08

Laßmann, Silke; Geißler, Anna-Lena; Werner, Martin

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Die zielgerichtete molekulare Diagnostik befindet sich – parallel zur Weiterentwicklung von modernen Therapielinien für Tumorpatienten – in einem sich dynamisch entwickelnden Umfeld. Ein aktueller Überblick.

Foto: jxfzsy-iStockpkoto
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Die molekulare Diagnostik ist als fester Bestandteil der klinischen Pathologie mitentscheidend für die Klassifikation, Prognose und Therapieprädiktion hämatologischer und solider Neoplasien. Die Aufgaben und Ziele der molekularen Diagnostik sind

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1. der zeitnahe, leitlinienassoziierte Nachweis molekularer Veränderungen für die Klassifikation einer Tumorerkrankung (z. B. Klonalitäts- und Translokationsnachweise bei hämatologischen Neoplasien) und für die Therapieauswahl (z. B. Mutationsnachweise bei soliden Tumoren, wie etwa BRAF, EGFR oder RAS);

2. die erweiterte molekulare Diagnostik im Rahmen organspezifischer Konsortien (z. B. im nationalen Netzwerk für Genomische Medizin, nNGM) oder der „molekularen Tumorboards“ in maximalversorgenden Unikliniken und Tumorzentren (z. B. Molekulares Tumorboard des Comprehensive Cancer Center Freiburg, CCCF [1]);

3. die ständige Weiterentwicklung von Nachweisverfahren für neue Probenmaterialien oder Biomarker (z. B. „liquid biopsy“; „tumor mutational burden“, TMB).

Eine effektive technische und medizinische Qualitätssicherung muss für alle Schritte der molekularen Diagnostik gewährleistet sein. Die rasante Weiterentwicklung der molekularen Diagnostik betrifft insbesondere die individualisierte Tumortherapie. Im Folgenden werden ausgewählte Aspekte besprochen.

WHO-Klassifikation und S3-Leitlinien

Der Nachweis molekularer Veränderungen ist für die Diagnosestellung und Subtypisierung von Tumoren neben der Histologie und Immunhistochemie ein zunehmend wichtiger Parameter (Grafik 1A). Translokationen oder Mutationen einzelner Gene/Gen-Hotspots helfen dabei, Sarkome (z. B. CDK4- und MDM2-Genamplifikationen bei hochdifferenzierten Liposarkomen) oder hämatologische Neoplasien (z. B. t[11;14]/t[14;18]-Translokationen bei Mantelzell-/follikulären B-Zell-Lymphomen; BRAF p.V600E-Mutationen bei der Haarzellleukämie) genauer einzuordnen.

Für die molekulare Therapieprädiktion erfolgten seit unserer letzten Übersicht zu soliden Tumoren im Jahr 2016 (2) im Bereich der in den S3-Leitlinien für die Routinediagnostik empfohlenen prädiktiven Biomarker nur kleinere Anpassungen. So wird zum Beispiel weiterhin für die Indikationsstellung einer antikörperbasierten EGFR-gerichteten Therapie bei kolorektalen Karzinomen der RAS-Status bestimmt (Analyse von jeweils KRAS- und NRAS-Exons 2, 3, und 4) sowie bei nichtkleinzelligen Lungenkarzinomen für eine Tyrosinkinase-Inhibitor-(TKI-)basierte, EGFR-gerichtete Therapie der EGFR-Status (Analyse von EGFR-Exons 18, 19, 20, 21) und für weitere mögliche antikörperbasierte Therapien die Bestimmung des ALK- und ROS1-Status.

Neu hinzugekommen ist der Nachweis weiterer Biomarker – zum Beispiel der BRAF-Mutationsstatus beim nichtkleinzelligen Lungenkarzinom oder aber der HER2-Status (Überexpression, Genamplifikation) für eine eventuelle HER2-gerichtete Therapie bei kolorektalen Karzinomen mit RAS-Wildtyp, die refraktär gegenüber der Standardtherapie sind (einschließlich Cetuximab und Panitumumab). Beim Melanom spielt noch immer die Bestimmung von BRAF, NRAS und zum Teil auch KIT (für akrolentiginöse Melanome und Schleimhautmelanome) eine Rolle für die Indikation entsprechend gerichteter Therapien.

Zudem besteht mittlerweile auch die Möglichkeit, für die Biomarkertestung des EGFR- und RAS-Status von Lungen- und kolorektalen Karzinomen – bei unzureichendem Gewebe und operativ schwer zugänglicher Läsion – das Liquid-Biopsie-Verfahren anzuweden. Hierbei wird frei zirkulierende Tumor-DNA (cfDNA) aus der speziell entnommenen und aufbewahrten Blutprobe untersucht.

Dieses nichtinvasive Verfahren erscheint attraktiv, dennoch birgt es multiple technische und biomedizinische Tücken. So ist beim cfDNA-detektiertem Wildtypstatus und Unkenntnis über die molekularen Eigenschaften des Tumorgewebes unklar, ob das Malignom überhaupt cfDNA abgesetzt hat. Inwieweit der prädiktive Wert der Liquid-Biopsie-Probe in einer solchen Situation für die Indikation einer Therapie als „gültig“ anerkannt werden kann, bleibt fraglich.

Noch nicht in den Leitlinien, aber bereits breit als prognostischer Test eingesetzt ist zudem der Nachweis von Genexpressionsprofilen für die Abwägung einer Chemotherapie beziehungsweise Abschätzung eines Risikos der Fernmetastasierung bei Patientinnen mit Mammakarzinomen.

Es werden dabei eine ganze Reihe von RNS-Biomarkern in einem Ansatz gemessen, zum Beispiel durch den auch dezentral anwendbaren PAM50-Test oder andere breitere Genexpressionstests, wie zum Beispiel den in den USA zentral verankerten OncotypeDx-Test.

Erweiterte molekulare Diagnostik – personalisierte Medizin

Für Tumorpatienten nach Ausschöpfung der leitlinienbasierten Diagnostik und Therapie sowie für Patienten mit seltenen Tumorerkrankungen ermöglichen die vor circa 6–8 Jahren in den molekularen Pathologien eingeführte qualitätsgesicherte Technologie des Next-Generation-Sequencings sowie weitere Methoden zur Messung komplexer Expressionsprofile mittlerweile die umfassende Detektion von multiplen Mutationen in der DNS oder der Messung von ganzen RNS-Profilen.

Während die technologischen und biomedizinischen Möglichkeiten zunächst im Rahmen der kürzlich etablierten „Molekularen Tumorboards“ an größeren Kliniken, wie dem Comprehensive Cancer Center des Universitätsklinikums Freiburg (1), angewandt wurden, findet nun ein Transfer dieser Hochdurchsatzanalytik in die Routinediagnostik statt.

Zudem wird in verschiedenen nationalen Konsortien (z. B. nationales Netzwerk für Genomische Medizin/nNGM; den Comprehensive Cancer Centern; der Medizininformatikinitiative Miracum) eine Harmonisierung der noch nicht flächendeckend standardisierten innovativen biomedizinischen Hochdurchsatzanalytik vorangetrieben – wie zum Beispiel Whole Exome Sequencing oder RNA Sequencing inklusive nachfolgender Bewertung/Interpretation für eine optimierte Stratifizierung von Tumorpatienten.

Im nationalen Netzwerk für Genomische Medizin liegt der Fokus auf einer flächendeckenden Versorgung von fortgeschrittenen Lungenkarzinompatienten mit einer erweiterten molekularen Diagnostik und assoziierten Therapiemöglichkeiten (siehe Artikel Seite 10). So wird hier nicht nur der von der S3-Leitlinie geforderte ALK-, BRAF-, EGFR- und ROS1-Status bestimmt. Das aktuelle Gen-Panel des nNGM enthält zusätzlich 18 weitere therapierelevante Gene bezüglich molekularer Veränderungen, die aus einer Vielzahl an potenziellen Biomarkern für das nichtkleinzellige Bronchialkarzinom (Grafik 1B) ausgewählt wurden.

Die ausgewählten molekularen Biomarker werden an den teilnehmenden Zentren bereits routinemäßig im Tumorgewebe charakterisiert. „Standard operating procedures“ (SOPs) definieren gleiche Bedingungen an allen Standorten. Darüber hinaus sind der einheitliche Umgang mit biomedizinischen Datensätzen, die Beratung und Therapie für die Patienten sowie die translationale Forschung entscheidende Eckpunkte in diesem interdisziplinär besetzten Konsortium.

Im Gegensatz dazu sind die Bestrebungen der „Molekularen Tumorboards“ oder der Initiativen für eine personalisierte Medizin (wie den 4 Zentren für Personalisierte Medizin/ZPM in Baden-Württemberg) nicht tumorentitätenspezifisch, sondern umfassen das ganze Spektrum an Tumorpatienten – sofern sie keine weiteren Therapieoptionen haben oder es sich um seltene Tumorentitäten beziehungsweise komplexe Tumoren handelt, für die bislang keine Leitlinien existieren.

Das Prinzip basiert auf einem kollegialen Zusammenwirken der klinischen und medizinisch-theoretischen Fächer unter Beteiligung verschiedener Fachärzte sowie molekularbiologischer und bioinformatorischer Experten beziehungsweise Naturwissenschaftler. Ziel ist es, für den individuellen Tumorpatienten eine maßgeschneiderte molekulare Diagnostik und Therapieoption zu ermöglichen.

Im Molekularen Tumorboard des CCCF werden Tumorpatienten nach persönlicher Vorstellung im onkologischen Zentrum oder Überweisung durch externe Ärzte zunächst in einer interdisziplinären Boardsitzung vorgestellt und die aus den aktuellen klinischen, bildgebenden und pathologischen Daten sich erschließende Diagnostik und Therapieoptionen beschlossen. Nach Abschluss der molekularen Diagnostik werden in einer zweiten Boardsitzung die neuen Daten diskutiert sowie eine abschließende Therapieempfehlung oder Entscheidung für zusätzliche validierende/weiterführende Analysen getroffen. Die Empfehlung des Molekularen Tumorboards wird den behandelnden Ärzten übermittelt (Grafik 2).

Die Empfehlungen Molekularer Tumorboards werden bezüglich ihrer medizinischen Wertigkeit kritisch gewichtet beziehungsweise mit dem sogenannten Level of Evidence versehen (3). Hierbei handelt es sich, vereinfacht zusammengefasst, um eine Einteilung der Wertigkeit beziehungsweise Evidenz der detektierten molekularen Veränderungen

  • in Biomarkern/Medikamenten, die bereits für dieselbe Tumorentität zugelassen sind (höchster Evidenzgrad),
  • in Biomarkern/Medikamenten, die für andere Tumorentitäten zugelassen sind (zweithöchster Evidenzgrad),
  • in Biomarkern/Medikamenten, die in präklinischen oder In-vitro-Studien untersucht wurden (niedriger Evidenzgrad).

Es ist selbstverständlich, dass nicht nur für die medizinische Bewertung der umfassenden biomedizinischen Ergebnisse eine einheitliche Klassifikation („Sprache“) an einem Standort definiert werden muss, sondern auch für die standortübergreifende flächendeckende Versorgung und Wissensgenerierung unter Berücksichtigung des Datenschutzes.

Die Etablierung entsprechender vernetzter Datenbanken und Informationsportale ist eine weitere Herausforderung, um die diagnostischen und therapeutischen Erkenntnisse des individuellen Patienten mit einer seltenen oder komplexen Tumorerkrankung auch für die Gemeinschaft aller Tumorpatienten mit ähnlichem biomedizinischen Bild einbringen zu können – und darüber hinaus für die flächendeckende Weiterbildung der beteiligten Akteure nutzen zu können.

Molekulare Diagnostik

Sowohl in der molekularen leitlinienassoziierten Routinediagnostik als auch in der erweiterten molekularen Diagnostik in der personalisierten Medizin findet derzeit ein dynamischer Wandel zu immer größeren Portfolios von technologischen Möglichkeiten und Biomarkerkomplexen statt (Grafik 1B). Zu nennen sind hier insbesondere der Nachweis des „tumor mutational burden“ (TMB) für die Prädiktion mit Immuncheckpoint-basierten Therapien.

Entscheidend für einen zukünftigen Einsatz in der flächendeckenden Patientenversorgung ist nicht nur die reine technische Machbarkeit, sondern die qualitätsgesicherte Durchführung und Einbettung in den interdisziplinären Klinikalltag. In den molekularen Pathologien wird dies durch eine gesonderte Weiterbildungsverordnung, Durchführung von Ringversuchen und Qualitätszirkeln und die Akkreditierung mit Spezialanforderungen an die molekulare Diagnostik gewährleistet (4). Ein gemeinsames Positionspaper von 9 Fachgesellschaften definiert die Voraussetzungen für eine „All-in(-one)“ molekulare Diagnostik und Therapie (5).

Diese grenzt sich in ihrer qualitätsgesicherten biomedizinischen Komplexität und interdisziplinären Vernetzung stark von kommerziellen – und damit nicht immer transparenten – Einzelanbietern ausgewählter technologischer oder aber biomedizinisch stratifizierender Angebote ab.

So werden zum Beispiel aus Hochdurchsatzdaten der Next-Generation-Sequencing-Datensätze allgemeine Texte zu molekularen Veränderungen verfasst und/oder jede einzelne molekulare Veränderung als Zielstruktur für Therapiestudien herangezogen, die jedoch weder die Zusammenschau der komplexen molekularen Veränderung für die medizinischen Bedeutung in ihrer Gesamtheit noch für die Situation des einzelnen Tumorpatienten noch für die verfügbaren und machbaren Therapiestudien am jeweiligen Standort oder Klinikumfeld erfasst.

Die zum Teil sehr hohe Erwartung der Tumorpatienten an solche kommerziellen Angebote kann somit nicht immer durch eine konkrete nachfolgende medizinische Umsetzung beziehungsweise das Angebot einer effektiven Therapie erfüllt werden. Auch ist die Verwendung und Archivierung des für die Analytik eingereichten Materials (insbesondere Tumorgewebe) und der resultierenden Datensätze nicht immer transparent.

So könnte zum Beispiel eine wichtige, von der Menge her begrenzte kleine Tumorgewebeprobe bei fachlich nicht qualifizierter Bearbeitung aufgebraucht werden und damit eine eventuelle nachfolgende oder zukünftig notwendige Diagnostik limitieren oder gar unmöglich machen.

Ebenso stehen generierte Datensätze und Erkenntnisse eventuell ausschließlich für kommerzielle Datenbanken, nicht aber für die Wissensgenerierung für eine flächendeckende medizinische Versorgung in Deutschland zur Verfügung.

Fazit

  • Die zielgerichtete molekulare Diagnostik befindet sich parallel zur Weiterentwicklung von modernen Therapielinien für Tumorpatienten in einem sich dynamisch entwickelnden Gebiet.
  • Dieses zeichnet sich im akademischen Umfeld durch eine biomedizinische Interdisziplinarität, qualitätsgesicherte flächendeckende Versorgung, Weiterbildung in der Medizin sowie die entsprechende Einbettung in bestehende leitlinienassoziierte Patientenpfade und medizinische Strukturen, die Einhaltung geltender Richtlinien bezüglich Datenschutz/Datenverwendung und kontrollierter ökonomischer und haftungsrechtlicher Bedingungen des Gesundheitswesens aus.
  • Erste Meilensteine für eine (inter)national harmonisierte „Sprache“ der molekularen Diagnostik, die in Zukunft – analog zum international geltenden TNM- oder WHO-System – von den molekularen Ergebnissen bis hin zur medizinischen Interpretation einen flächendeckenden Austausch ermöglichen soll, werden derzeit durch Verbundprojekte bereits intensiv verfolgt.

DOI:10.3238/PersOnko.2019.06.10.08

Apl.-Prof. Dr. med. Silke Laßmann (BSc., PhD); M.A.

Dr. rer. nat. Anna-Lena Geißler

Prof. Dr. med. Martin Werner

Institut für Klinische Pathologie, Universitätsklinikum Freiburg

Interessenkonflikt: Prof. Laßmann erhielt Forschungsgelder von den Firmen Agilent, BMS, Illumina, Qiagen und Roche, außerdem Beratungs- und Vortragshonorare sowie Reisekostenerstattungen von AstraZeneca, Illumina, Novartis, Roche. Dr. Geißler erklärt, dass kein Interessenkonflikt besteht. Prof. Werner erhielt Forschungsgelder von Agilent/Dako, BMS, Novartis, Roche, außerdem Beratungs- und Vortragshonorare sowie Reisekostenerstattungen von Diakovere, Novartis, Johnson & Johnson und Roche.

Literatur im Internet:
www.aerzteblatt.de/lit3519

1.
Hoefflin R, Geißler AL, Fritsch R, et al.: Personalized clinical decision making through 1 implementation of a Molecular Tumorboard – a German single center experience. JCO Precis Oncol 2018; 2: 1–16 CrossRef
2.
Lutz L, Weddeling B, Lassmann S, Werner M: Zielgerichtete molekulare Diagnostik: Wann und wie? Dtsch Arztebl 2016; 113 (6): [8] VOLLTEXT
3.
Leichsenring J, Horak P, Kreutzfeldt S, et al.: Variant classification in precision oncology. Int J Can 2019, DOI: 10.1002/ijc.32358 CrossRef MEDLINE
4.
Hirsch B, Endris V, Lassmann S, et al.: Multicenter validation of cancer gene panel-based next-generation sequencing for translational research and molecular diagnostics. Virchows Arch 2018; 472 (4): 557–65 CrossRef MEDLINE PubMed Central
5.
DGHO in Kooperation mit der DGP, DKT u. a.: Positionspapier Qualitätsgesicherte Molekulardiagnostik in der Onkologie zielgerichtet – integriert. https://www.dgho.de/publikationen/stellungnahmen/gute-aerztliche-praxis/molekulare-diagnostik/molekulare-diagnostik-positionspapier-2019-1.pdf (last accessed on 1 August 2019).
6.
Bubendorf L, Lantuejoul S, Langen AJ de, Thunnissen E: Nonsmall cell lung carcinoma: diagnostic difficulties in small biopsies and cytological specimens. European Respiratory Review 2017; 26 (144). pii: 170007 CrossRef MEDLINE
1.Hoefflin R, Geißler AL, Fritsch R, et al.: Personalized clinical decision making through 1 implementation of a Molecular Tumorboard – a German single center experience. JCO Precis Oncol 2018; 2: 1–16 CrossRef
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4.Hirsch B, Endris V, Lassmann S, et al.: Multicenter validation of cancer gene panel-based next-generation sequencing for translational research and molecular diagnostics. Virchows Arch 2018; 472 (4): 557–65 CrossRef MEDLINE PubMed Central
5.DGHO in Kooperation mit der DGP, DKT u. a.: Positionspapier Qualitätsgesicherte Molekulardiagnostik in der Onkologie zielgerichtet – integriert. https://www.dgho.de/publikationen/stellungnahmen/gute-aerztliche-praxis/molekulare-diagnostik/molekulare-diagnostik-positionspapier-2019-1.pdf (last accessed on 1 August 2019).
6. Bubendorf L, Lantuejoul S, Langen AJ de, Thunnissen E: Nonsmall cell lung carcinoma: diagnostic difficulties in small biopsies and cytological specimens. European Respiratory Review 2017; 26 (144). pii: 170007 CrossRef MEDLINE

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