Unter Verwendung einer Einzelnadelbiopsie und einer neuen Technologie zur Tumordiagnose, die vom Baylor College of Medicine und dem Broad Institute of MIT und Harvard entwickelt wurde, konnten Forscher ein detaillierteres und breiteres Fenster in die Krebsbiologie und den Tumortyp liefern und die Mechanismen des Ansprechens und der Therapieresistenz als bei herkömmlichen Ansätzen.
Dieses neue Verfahren analysiert die Kombination von tumorgenetischem Material (Genomik) mit tiefer Protein- und Phosphoproteincharakterisierung (Proteomik) unter Verwendung einer Einzelnadel-Stanzbiopsie aus dem Tumor eines Patienten. Diese Art der proteogenomischen Analyse war zuvor nur mit viel größeren Gewebeproben möglich, die bei Operationen entnommen wurden, und ist vielversprechend für den zukünftigen Einsatz in der klinischen Anwendung.
Die Studie, die diese neue Technologie im Mikromaßstab skizziert, erscheint in der Zeitschrift Nature Communications.
Die Notwendigkeit neuer Technologien
"Patienten sterben an Krebs, weil wir auf einer ausreichend grundlegenden Ebene nicht in der Lage waren, herauszufinden, welche Art von Krebs wir behandeln", sagte der Co-Korrespondenzautor Dr. Matthew Ellis, Professor und Direktor des Lester and Sue Smith Breast Center, McNair-Stipendiat und stellvertretender Direktor für Präzisionsmedizin am Dan L. Duncan Comprehensive Cancer Center in Baylor. „Die Analyse von proteogenomischen Daten, die Informationen über Zehntausende von Proteinen und Genen mithilfe eines Systems kombiniert, das von Forschern des Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (NCI-CPTAC) des National Cancer Institute entwickelt wurde, liefert viel vollständigere Details darüber, was vor sich geht in jedem Tumor. Die Anwendung der Proteogenomik sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch in der Krebsdiagnose war jedoch durch die Größe der erforderlichen Gewebeprobe begrenzt."
"Normalerweise sind Tumorbiopsien von Patienten etwa ein Fünftel der Größe, die für proteogenomische Analysen benötigt wird, daher haben wir erhebliche Anstrengungen unternommen, um Methoden zu identifizieren, mit denen der Prozess erfolgreich im Mikromaßstab angepasst werden kann, um der geringeren Menge an gewonnenem Material zu entsprechen die routinemäßige diagnostische Umgebung und, was wichtig ist, nicht die Tiefe der Abdeckung des Proteoms und Phosphoproteoms opfern", sagte Dr. Steven Carr, Co-korrespondierender Autor und Senior Director of Proteomics und Institutswissenschaftler am Broad Institute.
Die veröffentlichte Studie beschreibt die entwickelten Methoden, die detaillierte Analysen hochwertiger DNA, RNA und Proteine aus einer Einzelkern-Nadelbiopsie ermöglichen.
"Wichtig ist, dass unsere neue Methodik die Analyse von Phosphoproteinen umfasst, was sich auf Proteine bezieht, die durch die Zugabe von chemischen Phosphatgruppen aktiviert werden", sagte Ellis, der auch ein Forscher am NCI-CPTAC ist.„Bei einigen Krebsarten, wie z. B. ERBB2+ (HER2+)-Brustkrebs, ist die Fähigkeit, diese Modifikationen zu messen, von entscheidender Bedeutung, da sie die Krankheit antreiben.“
Neue Technologie testen
Um die neue Technologie zu testen, wendeten Carr, Ellis und ihre Kollegen die Methoden auf eine Pilotstudie an, die darauf ausgelegt war, die Durchführbarkeit eines proteogenomischen Profils vor und 48 bis 72 Stunden nach Beginn einer gegen ErbB2 gerichteten Chemotherapie zu bewerten. Sie erwarteten Einblicke in die Variabilität der Ergebnisse nach der Behandlung, indem sie die Fähigkeit von ErbB2-Antikörpern zur Hemmung des Wirkstoffziels bewerteten.
"Zum ersten Mal konnten wir nach der Behandlung bei Patienten, die auf die Behandlung ansprachen, eine statistisch signifikante Reduktion der ERBB2-Proteinphosphorylierung feststellen. Wir haben keine Reduktion dieses Proteins bei Patienten festgestellt, die nicht auf die Behandlung ansprachen, “, sagte Ellis. „Bei Patienten, die nicht auf die Behandlung ansprachen, deuteten unsere tiefgreifenden Datenanalysen auf verschiedene Resistenzmechanismen gegen ERBB2-gerichtete Therapeutika hin, die mit alternativen Ansätzen zu denen, die der Patient tatsächlich erhielt, angegangen werden könnten."
Der Test der mikroskalierten Technologie lieferte große Datenmengen aus den Tumoren und enthüllte grundlegende Einblicke in die verschiedenen Elemente, die die Tumorreaktionen antreiben, einschließlich derer aus der Mikroumgebung des Tumorimmunsystems. Der Test diente als prinzipieller Beweis dafür, dass diese Technologien für die Präzisionsmedizin vielversprechend sind, d. h. sie können verwendet werden, um einzelne Tumore zu untersuchen und genaue Behandlungspläne für jeden einzelnen zu finden.
"Bevor wir die neuen Technologien jedoch in die Klinik bringen, ist es notwendig, sie auf eine größere Anzahl von Tumorproben anzuwenden, um ihren diagnostischen Wert zu bestätigen", sagte Ellis.
"Unter der Schirmherrschaft des NCI-CPTAC werden wir Studien auf größere Gruppen von Patientinnen ausweiten, die sich im Rahmen klinischer Studien einer Brustkrebsbehandlung unterziehen", sagte Carr, Co-Principal Investigator mit Ellis am NCI -CPTAC.
Eine zentrale Herausforderung wird der Zugang zu einer großen Anzahl hochwertiger, konservierter klinischer Proben sein. Die Machbarkeit des Erlernens von aufschlussreicher Biologie, wie in diesem Artikel gezeigt, sollte Klinikern und klinischen Studienteams einen Anreiz bieten, Biopsiematerial für groß angelegte prospektive Studien und zum Verständnis der Biologie von Arzneimitteln in Patientenproben zu sammeln und aufzubewahren.
"Die Fähigkeit, Signalwege bei Patienten zu untersuchen, ist beispiellos", sagte der erste und mitkorrespondierende Autor Dr. Shankha Satpathy, ein Forscher im Carr-Labor am Broad.
"Für die Zukunft planen wir, ein Labor in Baylor zu entwickeln, um diese Art von Diagnosen mit mikroskalierten proteogenomischen Technologien durchzuführen, um unseren Patienten eine bessere diagnostische Plattform zu bieten", sagte Ellis.
"Ich freue mich besonders über das Potenzial, vom aktuellen Entdeckungsparadigma, das viel Zeit erfordert, um die Ergebnisse zu generieren, zu einem zielgerichteten Ansatz überzugehen, der eine schnelle Profilerstellung einer großen Liste von Proteinen ermöglicht, die wir in unserem Proof-of-Principle-Papier illustrieren “, sagte Carr.„Aber der erste Schritt besteht darin, zu definieren, was gemessen werden soll, was von biologischer Bedeutung und klinisch umsetzbar ist, im Gegensatz zu dem, was gemessen werden kann. Das ist der wichtigste Beitrag, den unsere Technologie leistet.“
