Hvordan molekylær testning transformerer diagnostik og behandling af hjernesvulster

Indholdsfortegnelse

• Introduktion: Hvorfor molekylær testning er afgørende for hjernesvulster
• Vigtige molekylære tests til diagnostik og behandling af hjernesvulster
• DNA-methyleringsprofilering: Et revolutionerende diagnostisk værktøj
• DNA- og RNA-sekventering: Identifikation af kritiske mutationer
• Yderligere diagnostiske værktøjer og teknikker
• Anvendelse af molekylær testning i hjernesvulstdiagnostik
• Voksnes diffuse gliomer: Hvordan molekylær testning styrer diagnostikken
• Hvad dette betyder for patienter: Kliniske implikationer
• Forståelse af begrænsningerne ved molekylær testning
• Anbefalinger til patienter med hjernesvulstdiagnose
• Kildeinformation

Introduktion: Hvorfor molekylær testning er afgørende for hjernesvulster

Molekylær profilering har de seneste år revolutioneret, hvordan læger diagnosticerer og klassificerer svulster i centralnervesystemet (CNS). Den seneste WHO-klassifikation af CNS-svulster fra 2021 kræver nu en kombination af traditionel mikroskopisk undersøgelse og molekylær testning for at opnå præcise, reproducerbare diagnoser, der direkte påvirker patientbehandlingen.

Denne integrerede tilgang betyder, at patologer nu arbejder med flere molekylære tests, primært DNA-methyleringsprofilering og DNA/RNA-next-generation sekventering. Disse avancerede teknikker hjælper med at klassificere svulster mere præcist, identificere specifikke genetiske mutationer og afdække potentielle behandlingsmål, som tidligere ikke kunne påvises med konventionelle metoder alene.

Betydningen af molekylær profilering er vokset markant, da alle større CNS-svulsttyper nu kræver vurdering af specifikke molekylære markører for en korrekt diagnose. Mange nye svulsttyper er faktisk blevet opdaget gennem disse teknologier, især DNA-methyleringsanalyse, hvilket understreger deres essentielle rolle i moderne neuropatologi.

Vigtige molekylære tests til diagnostik og behandling af hjernesvulster

Molekylær neuropatologi omfatter nu en bred vifte af tests med forskellige formål, kompleksitetsniveauer, tilgængelighed og omkostninger. Forståelse af disse forskelle er afgørende, da det hjælper læger med at vælge den mest passende test til hver specifikke diagnostiske udfordring og fortolke resultaterne korrekt.

Det nuværende molekylære værktøjssæt inkluderer flere essentielle teknologier, der giver komplementær information om hjernesvulster. Hver test har specifikke styrker og anvendelser, der gør den særligt værdifuld i visse diagnostiske situationer eller for bestemte svulsttyper.

DNA-methyleringsprofilering: Et revolutionerende diagnostisk værktøj

DNA-methyleringsprofilering har utvivlsomt været det mest indflydelsesrige molekylære værktøj i de seneste år til diagnostik af hjernesvulster. Denne tilgang bruger den unikke epigenetiske profil af tumorceller, som afspejler både egenskaberne fra deres oprindelige væv og forandringerne under kræftudvikling, hvilket skaber en specifik signatur for hver svulsttype.

Praktisk udføres DNA-methyleringsprofilering i øjeblikket ved hjælp af MethylationEPIC array beadchip (850K), som undersøger methyleringsstatus for over 850.000 CpG-øer i hele genomet. Rådata uploades til en dedikeret platform og matches mod en omfattende database af CNS-svulster og andre udvalgte enheder.

En matchingsscore på ≥ 0,9 understøtter stærkt den diagnostiske klassifikation, selvom eksperter altid gennemgår disse resultater sammen med kliniske, billeddannende og histopatologiske fund. Det er vigtigt at bemærke, at DNA-methyleringsprofilering med denne platform ikke er en certificeret test, så forskellige lande kan have varierende reguleringer for dens diagnostiske brug.

Denne teknologi har vist sig ekstremt værdifuld i både forskning og daglig diagnostik. I forskningen er mange nye svulsttyper og -subtyper blevet opdaget gennem uovervåget analyse af store hjernesvulstdatasæt. Mange nyidentificerede svulster viser betydeligt overlap med andre enheder i morfologiske træk og/eller har meget lav incidens, hvilket forklarer, hvorfor de ikke tidligere blev anerkendt som distinkte neoplastiske processer.

I klinisk praksis har flere grupper publiceret deres erfaringer med denne teknologi i både pædiatriske og voksne settinger. Samlet set opnås en matchingsscore (≥ 0,9) i omkring 50-65% af prøver, og en signifikant effekt på diagnosen forekommer i ca. 10-20% af tilfældene med potentielle kliniske konsekvenser. Denne bemærkelsesværdige opdagelse retfærdiggør den hurtige adoption af dette værktøj på blot få år.

Højere median klassifikationsscore ses typisk i tilfælde analyseret for at bekræfte en diagnose eller vurdere specifikke svulstsubtyper. Et bredere spektrum af scores ses blandt udfordrende prøver eller mindre prøvematerialer. Lavere scores i komplekse tilfælde kan skyldes flere faktorer, herunder små, lavkvalitets- eller ikke-repræsentative biopsier, som muligvis ikke kan klassificeres gennem både traditionel patologi og methyleringsprofilering.

Ideelt set ønskes 200 nanogram DNA med ≥ 60% tumorcellekoncentration, selvom diagnostisk klassifikation kan opnås med betydeligt lavere mængder. Formalin-fikseret paraffin-indlejret (FFPE) vævsblokke giver typisk lignende resultater som friskfrosne prøver, og analyse af ældre prøvematerialer kan også give korrekt klassifikation.

DNA-methyleringsprofilering har vist sig særligt nyttig til reklassificering af sjældne svulsttyper med uspecifikke histopatologiske karakteristika. Selvom dette nu er et nøgleværktøj til diagnostik af CNS-svulster, udgør tilgangen betydelige udfordringer med hensyn til nødvendige teknologiske faciliteter, omkostninger, svarstid (flere dage) og ekspertise til udførelse og fortolkning.

DNA- og RNA-sekventering: Identifikation af kritiske mutationer

Mange CNS-svulster har specifikke punktmutationer, der kan påvises ved DNA-sekventering, eller genfusioner primært identificeret gennem RNA-sekventering. For eksempel karakteriserer mutationer i IDH1/IDH2 og H3-kodende gener specifikke undergrupper af henholdsvis voksnes og børns gliomer. Andre mutationer, som BRAF V600E, kan forekomme i flere svulsttyper med varierende frekvenser, men bidrager stadig til diagnostisk vurdering og muliggør målrettet behandling.

Flere testtyper kan bruges til DNA-sekventering, herunder single-gen direkte sekventering (Sanger-sekventering) og next-generation sekventering (NGS)-baserede tilgange som målrettet panel-sekventering og whole exome/genome sekventering (WES/WGS). Disse analyser påviser enkeltnukleotidvariationer (SNV), små insertioner/deletioner (InDel) og kopitalvariationer (CNV).

Inden for NGS-tests er målrettet genpanel-sekventering i øjeblikket det mest relevante værktøj til daglig molekylær diagnostisk oparbejdning af CNS-svulster. Det tillader analyse af relativt store sæt af relevante gener med acceptable omkostninger, svarstider og fortolkningsmuligheder. Mange gener mest relevante for hjernesvulstdiagnose er relativt specifikke for disse neoplastiske processer, hvilket retfærdiggør tilpassede eller større paneler.

Den diagnostiske effektivitet af mellemstore genpaneler er blevet demonstreret, idet de påviser mutationer og CNV selv med begrænset inputmateriale. Nyere studier med større genpaneler (inklusive IDH1/IDH2, TERT, TP53, ATRX, BRAF, H3F3A, H3F3B) bekræftede disse resultater. Disse tests påviser diagnostisk relevante forandringer i mere end halvdelen af analyserede CNS-svulster, med informativ CNV påvist i 57% af tilfældene, selv når NGS-resultater var ikke-bidragende.

Laboratorieprotokoller er kritiske for sekventeringssucces. DNA-kvalitet og tumorcelleprocent bør maksimeres, med tilstrækkelig dækning/læsedybde opnået i henhold til testtype og prøvekarakteristika. Dataanalysepipeline og ekspertise hos den rapporterende molekylærpatolog er lige så vigtige for korrekt variantkald og fortolkning.

Analyse af cirkulerende tumor-DNA (ctDNA) fra blod og/eller cerebrospinalvæske repræsenterer en anden tilgang til molekylær profilering gennem minimalt invasiv flydende biopsi. Tekniske udfordringer har hidtil begrænset implementering i daglig praksis, men nylige data viser, at omfattende NGS-paneler kan påvise CNV og håndtere intratumoral heterogenitet selv i ctDNA.

For RNA-sekventering er det primære diagnostiske formål at påvise genfusioner, som karakteriserer mange CNS-svulster. For eksempel har pilocytære astrocytomer ofte KIAA1549::BRAF-fusionen, og specifikke molekylære supratentorielle ependymomsubtyper defineres af ZFTA- eller YAP1-fusioner. Genfusioner kan repræsentere udnyttelige terapeutiske mål, som set i infantiltype hemisfæriske gliomer, der ofte karakteriseres af NTRK1/NTRK2/NTRK3, ROS1, ALK- eller MET-genfusioner med tilgængelige effektive inhibitorer.

Studier fokuseret på RNA NGS' betydning i CNS-svulster viser, at dette værktøj er særligt værdifuldt for pædiatriske neoplastiske processer, som oftere har disse hændelser. I voksnes hjernesvulster er genfusioner relativt sjældne og repræsenterer normalt ikke terapeutiske mål.

Yderligere diagnostiske værktøjer og teknikker

Microarray-baseret vurdering af hele-genomet kopitalvariationer (CNV) er et andet relevant diagnostisk værktøj, der ofte bruges til molekylær karakterisering af CNS-svulster, især før DNA-methyleringsprofilering blev tilgængelig. Disse tests påviser mange kromosomale forandringer (deletioner, amplificationer, tab af heterozygoti, kopineutralt tab af heterozygoti, chromothripsis), der tjener som diagnostiske og/eller prognostiske kendetegn for specifikke svulsttyper.

Molekylær profilering betyder ikke nødvendigvis simultan analyse af multiple forandringer. Fluorescens in situ hybridisering (FISH) kan vurdere specifikke DNA-loci direkte på vævsslide, nyttigt til valideringsformål eller når en specifik forandring stærkt mistænkes baseret på tumor karakteristika eller når materialet er utilstrækkeligt til andre analyser.

I stedet for nukleinsyrer kan proteiner vurderes ved hjælp af bredt tilgængelige, hurtige og billige immunohistokemiske farvninger. Immunohistokemi kan fastslå tilstedeværelse af mutante proteiner (IDH1 R132H, p53, H3 K27M, H3 G34R/V, BRAF V600E), tab af normale/fungerende proteiner (ATRX, H3 K27me3, INI1, BRG1) eller hyperaktivering af aberrante signalveje (EZHIP).

Vurdering af MGMT-promotermethylering forbliver afgørende for IDH-wildtype glioblastom molekylær karakterisering på grund af dens prognostiske og prædiktive relevans. Flere tests kan undersøge denne markør uden klar overlegenhed i kliniske korrelationer. Da ingen ækvivalenskriterier eksisterer mellem forskellige tests, er forståelse af karakteristika for den lokalt tilgængelige test vigtig. MGMT immunohistokemi er ikke en pålidelig erstatning for disse tests.

Anvendelse af molekylær testning i hjernesvulstdiagnostik

Molekylære analyser bidrager til eller er påkrævet for diagnostik af mange svulsttyper anerkendt af WHO-klassifikationen fra 2021. De mest relevante molekylære værktøjer varierer efter specifik neoplastisk proces, med udvalgte eksempler, der demonstrerer betydningen af disse værktøjer i nuværende neuropatologisk praksis.

Voksnes diffuse gliomer: Hvordan molekylær testning styrer diagnostikken

Ifølge WHO's klassifikation fra 2021 stratificeres diffuse gliomer hos voksne primært efter IDH1/IDH2-status. Denne inddeling er velbegrundet ud fra forskellig tumorbiologi, oncogene mekanismer og kliniske implikationer forbundet med denne molekylære markør.

Glioblastom, IDH-wildtype, er den hyppigste diffuse gliom og forekommer typisk hos ældre patienter med dårlig prognose. Det er en morfologisk og molekylært heterogen neoplasi, der typisk viser dårligt differencierede astrocytære træk med infiltrativ vækst, høj proliferationsrate, mikrovaskulær proliferation og nekrose. Ved konsistent morfologi skal læger udelukke IDH1/IDH2-mutation for at afkræfte IDH-mutant astrocytom eller IDH-mutant, 1p/19q-kodeleteret oligodendrogliom.

Der findes flere muligheder for denne opgave: immunhistokemi for IDH1 R132H kan udelukke den hyppigste mutation (ca. 90% af supratentorielle IDH-mutante gliomer). Denne strategi fungerer tilstrækkeligt for patienter på 55 år og derover, hvor sandsynligheden for at finde en alternativ mutation er mindre end 1%. Hvis anamnese dog tyder på tidligere lavgrads gliom, er sekventering nødvendig.

Hvis morfologiske træk ved glioblastom mangler, men mistanken er til stede, tillader WHO's 2021-klassifikation molekylær diagnostik af glioblastom. Dette kræver enten en konsistent DNA-methyleringsprofil eller mindst én af tre markører: gain på kromosom 7 plus loss på kromosom 10, TERT-promotormutation eller EGFR-amplifikation. Disse markører viser relativ specificitet i den rette kontekst, med lignende patientudfald som hos dem diagnosticeret ud fra morfologiske træk.

For IDH-mutante diffuse gliomer kræves der histopatologiske fund konsistente med en infiltrativ diffus gliom med IDH1/IDH2-mutation og ATRX-tab/mutation eller udelukkelse af 1p/19q-kodeletering. IDH-mutant og 1p/19q-kodeleteret oligodendrogliom kræver whole-arm kombineret 1p/19q-kodeletering. Alternativt kan diagnosen baseres på påvisning af den tilsvarende methyleringsklasse.

ATRX-status kan vurderes ved immunhistokemi (med opmærksomhed på artefakter fra nekrose eller iblandede positive ikke-neoplastiske reaktive astrocytter) eller sekventering for at påvise loss of function-mutation. TP53/p53-vurdering hjælper også, da den ofte forekommer ved IDH-mutante astrocytomer.

Ved diagnostik af IDH-mutante, 1p/19q-kodeleterede tumorer er whole-arm 1p/19q-kodeletering det afgørende kendetegn, som kan undersøges med flere assays inklusive FISH (fluorescens in situ hybridisering). FISH's begrænsede targeting af enkelte loci kan dog give falsk positive resultater, især ved tumorer med komplekse karyotyper. Falsk positive FISH-vurderinger forekommer hyppigt i tilfælde, hvor 1p/19q-statusvurdering ikke ville have været berettiget, hvilket understreger vigtigheden af passende testanvendelse.

Ved gradering af IDH-mutante diffuse gliomer forbliver morfologiske træk afgørende, men WHO's 2021-klassifikation tilføjede CDKN2A/B-statusvurdering som et graderingskriterium for IDH-mutante astrocytomer. Med homozygot CDKN2A/B-deletering tildeles grad 4 på grund af association med ufordelagtigt udfald. CDKN2A/B-status kan vurderes via DNA-methyleringsprofil CNV-plots, DNA NGS (next-generation sekventering) eller FISH, selvom ingen afgørende cut-off-værdi er etableret.

Hvad dette betyder for patienter: Kliniske implikationer

Integrationen af molekylær testning i hjerntumordiagnostik repræsenterer et fundamentalt skift i patientbehandling. Disse avancerede teknikker giver mere præcise diagnoser, bedre prognostiske oplysninger og identificerer potentielle behandlingsmål, som tidligere ikke kunne påvises.

For patienter betyder dette mere personlige behandlingstilgange baseret på deres tumors specifikke genetiske egenskaber. Molekylær profilering kan identificere målrettede terapier, der kan være mere effektive end konventionel behandling, især for tumorer med specifikke mutationer som BRAF V600E eller genfusioner involverende NTRK, ROS1, ALK eller MET-gener.

Evnen til at klassificere tumorer mere præcist forbedrer også prognostisk nøjagtighed, hvilket hjælper patienter og læger med at træffe mere informerede beslutninger om behandlingsintensitet og opfølgning. For eksempel har sondringen mellem IDH-mutante og IDH-wildtype gliomer betydelig indflydelse på forventede udfald og behandlingstilgange.

Molekylær testning muliggør også identificering af patienter, der kan drage fordel af kliniske forsøg med nye målrettede terapier, hvilket udvider behandlingsmuligheder ud over standardtilgange. Dette er særligt vigtigt for aggressive eller sjældne tumortyper, hvor konventionel behandling tilbyder begrænsede fordele.

Forståelse af begrænsningerne ved molekylær testning

Selvom molekylær testning har revolutioneret hjerntumordiagnostik, er det vigtigt at forstå dens begrænsninger. Disse teknologier kræver betydelig ekspertise for korrekt fortolkning, og resultater skal altid ses i lyset af kliniske, billeddannende og traditionelle patologiske fund.

Tekniske udfordringer inkluderer behovet for tilstrækkelig tumormateriale af passende kvalitet. Små biopsier, dårlig konservering eller lav tumorcelleindhold kan begrænse effektiviteten af molekylær testning. Nogle assays har også relativt lange svar-tider (flere dage) sammenlignet med traditionel patologisk undersøgelse.

Omkostninger og tilgængelighed forbliver betydelige barrierer for universel implementering af omfattende molekylær profilering. Ikke alle medicinske centre har adgang til disse avancerede teknologier, især i ressourcestærkt begrænsede omgivelser.

Selvom molekylær klassifikation giver værdifulde oplysninger, oversættes det ikke altid direkte til behandlingsbeslutninger. Nogle molekylære ændringer har endnu ikke tilsvarende målrettede terapier, og den kliniske betydning af nyopdagede genetiske ændringer er muligvis ikke fuldt forstået.

Falsk positive og falsk negative resultater kan forekomme med enhver test, hvilket understreger vigtigheden af ekspertfortolkning og korrelation med anden diagnostisk information. Dette er særligt relevant for tests som FISH, hvor tekniske begrænsninger nogle gange kan give vildledende resultater.

Anbefalinger til patienter med hjernesvulstdiagnose

For patienter diagnosticeret med eller mistænkt for at have en hjernesvulst, kan flere anbefalinger hjælpe med at navigere i den diagnostiske proces:

1. Søg omfattende molekylær testning: Spørg dit medicinske team om tilgængelige molekylære profileringsmuligheder, herunder DNA-methyleringsprofilering og målrettede sekventeringspaneler, da disse kan give afgørende diagnostiske og prognostiske oplysninger.
2. Forstå dine specifikke tumoregenskaber: Anmod om klare forklaringer af eventuelle molekylære fund og hvordan de påvirker din diagnose, prognose og behandlingsmuligheder.
3. Overvej second opinion: Fortolkning af molekylær testning kræver betydelig ekspertise. At søge gennemgang af din sag på et specialiseret neuro-onkologisk center kan sikre den mest nøjagtige diagnose.
4. Drøft muligheder for kliniske forsøg: Hvis din tumor har specifikke molekylære egenskaber, spørg om målrettede terapi kliniske forsøg, der kan være passende for din situation.
5. Bevar tumorvæv: Hvis du skal opereres, drøft med dit kirurgiske team vigtigheden af at bevare tilstrækkeligt tumormateriale til potentiel molekylær testning, både initialt og til fremtidig gentestning om nødvendigt.
6. Overvej genetisk rådgivning: Nogle molekylære fund kan tyde på arvelig kræftdisposition. Drøft med din læge, om genetisk rådgivning kan være relevant.

Husk, at molekylær testning er mest værdifuld, når den integreres med anden klinisk information. Samarbejd med dit medicinske team for at forstå, hvordan disse avancerede diagnostik passer ind i din overordnede behandlingsplan og hvad de betyder for din specifikke situation.

Kildeinformation

Original artikel titel: Molecular neuropathology: an essential and evolving toolbox for the diagnosis and clinical management of central nervous system tumors

Forfattere: Luca Bertero, Luca Mangherini, Alessia Andrea Ricci, Paola Cassoni, Felix Sahm

Publikation: Virchows Archiv (2024) 484:181–194

DOI: https://doi.org/10.1007/s00428-023-03632-4

Denne patientvenlige artikel er baseret på peer-reviewed forskning og har til formål at gøre kompleks videnskabelig information tilgængelig for patienter og pårørende, samtidig med at alle essentielle medicinske oplysninger fra den originale undersøgelse bevares.