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EPIC Diagnostik/Hirntumor Classifier und Präzisionsmedizin

Durch die wegweisenden Erkenntnisse zahlreicher Studien, die die Exome und Genome verschiedenster Tumorentitäten sequenziert und zentrale molekulare Veränderungen in Tumoren katalogisiert haben, ist die Präzisionsmedizin in der Tumortherapie auf dem Vormarsch. Hierbei erhält der Patient eine maßgeschneiderte Therapie, die sich an den individuellen molekularen Merkmalen seines Tumors orientiert.

Für eine maßgeschneiderte und personalisierte Tumorbehandlung, ist es wichtig, die molekularen Eigenschaften der Tumore genau zu kennen, um sie entsprechenden Risikogruppen zuzuordnen und passende Therapieentscheidungen zu treffen. Zurzeit lassen sich über 100 verschiedene Tumorentitäten des zentralen Nervensystems unterschieden, wobei die Tumore unterschiedlich auf Chemo- und Strahlentherapie ansprechen und unterschiedliche klinische Verläufe zeigen. Tumore des zentralen Nervensystems werden gemäß der WHO Klassifikation mit Hilfe spezifischer histologischer Graduierungsschemata sowie immunhistochemischer und molekularpathologischer Charakteristika klassifiziert.

Die EPIC Diagnostik - eine neuartige Array-basierte molekularpathologische Methodik - ist eine konsequente Weiterentwicklung in der Diagnostik von Gehirntumoren durch den Einsatz von Hochdurchsatzverfahren, die von den Gruppen um Prof. Dr. Stefan Pfister und Prof. Dr. A. von Deimling in Heidelberg am DKFZ entwickelt wurde und von uns als partizipierendes neuroonkologisches Zentrum zusätzlich validiert wurde 1,2. Die parallele Bestimmung von über 850.000 DNA-Methylierungsstellen mit Hilfe des EPIC-Methylierungs-Chips mit dem iScan System (Abb. 1)  ermöglicht es die Diagnose von Hirntumoren über ein computerbasiertes algorithmisches Verfahren in der Zusammenschau mit der Histologie erheblich zu verbessern. 


     
Abb 1. Illumina Chip und iScan System (Courtesy of Illumina, Inc.)

Mit Hilfe der EPIC Diagnostik können Gehirntumore anhand von Biopsiematerial über Bestimmung der epigenetischen Tumorsignaturen (DNA-Methylierungsprofil) sowie Anwendung maschineller Algorithmen (Tumor Classifier), über den Vergleich mit einer Referenzgruppe von über 2800 Hirntumore prognostisch sowie therapeutisch wichtigen Tumorentitäten bzw. Risikogruppen zugeordnet werden. Diese molekulare Tumordiagnostik ist dem traditionellen histologischen Ansatz in vielen Belangen überlegen. Die Anwendung des Tumor Classifiers über Bestimmung des DNA-Methylierungsprofils von Gehirntumoren unterscheidet mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit alle bekannten Entitäten neuroonkologischer Tumore und kann verschiedene Entitäten in klinisch relevante Subgruppen unterteilen. Sie ist somit von hoher Relevanz für die Patientenversorgung und setzt einen neuen Standard in der neuropathologischen (Differential) Diagnostik im Rahmen der Präzisionsmedizin. Das Methylierungsprofil wird mittels eines DNA-Methylierungs-Chips (EPIC beadarray, Illumina) mit dem iScan System bestimmt. Gleichzeitig können weitere notwendige molekulare Zusatzinformationen wie Status von Chromosom 1p/19q, EGFR- und PDGFR-Amplifikation, PTEN und CDKN2A/B-Deletion sowie weitere Copy-Number Analysen wie z.B. Chromosom 7, 9p, 10, 13q, 20, 22q - gewonnen werden (Abb. 2-4). Für die EPIC-Diagnostik benötigen wir Formalin- fixiertes und Paraffin- eingebettetes Material mit repräsentativen Tumoranteilen (200 ng DNA).

Die EPIC Diagnostik über Anwendung des Tumor Classifier erhöht die diagnostische Genauigkeit bei schwierig einzuordnenden Tumorentitäten deutlich. Aus unserer Erfahrung kann durch zusätzliche Durchführung der DNA-Methylierungsuntersuchungen die Differentialdiagnostik von Gehirntumoren deutlich verbessert werden. So erlaubt die EPIC Diagnostik bei über 10% aller Diagnosen eine Vermeidung von Fehldiagnosen und bei 20% die genauere (prognostische) Tumor-Subtypisierung mit direkten Konsequenzen für die Indikationsstellung zur Therapie des Patienten (z.B. durch Vermeidung von Fehldiagnosen/-therapien). Hierdurch werden z.B. Bestrahlungen bei irrtümlicherweise als maligne eingestuften, niedergradigen Gliomen unterbunden. Auch ermöglicht diese Methode die Diagnosestellung an kleinen oder schwierig zu beurteilbaren Biopsaten.

1.    Capper D., Jones D.T.W. Sill M. and Hovestadt V. et al. Nature (2018) "DNA methylation-based classification of central nervous system tumours". 
2.    www.molecularneuropathology.org - Online-Plattform zur DNA-Methylierungsanalyse 

 

Abb. 2: Glioblastom mit Amplifikation (Zugewinn) des EGFR- und MDM4-Gens, Deletion (Verlust) des CDKN2A/B-Gens, Amplifikation von Chromosom 7 und Deletion von Chromosom 10 (Tumor Classifier und Chromosomenanalyse).

Abb. 3: Oligodendrogliom mit kombinierter chromosomaler 1p19q Ko-Deletion (Tumor Classifier und Chromosomenanalyse).

Abb. 4: Atypisches Meningeom mit charakteristischen chromosomalen Amplifikationen und Deletionen (+12q, +17q, -1p, -22q) (Tumor Classifier und Chromosomenanalyse).