Uitreiking cheque op het Hematologiecongres d.d. 23 januari 2020
‘Single cell’ analyses aan hematologische maligniteiten
Hematologische maligniteiten zijn over het algemeen niet maar één ziekte maar heterogene groepen van ziekten. Het heterogene karakter van deze maligniteiten wordt het best geïllustreerd door het toenemende aantal moleculair genetische afwijkingen welke in de afgelopen jaren zijn geïdentificeerd. Deze genetische afwijkingen kunnen uniek zijn voor bepaalde hematologische aandoeningen, maar kunnen ook indicatief zijn met een goede of slechte prognose. Het is dus van essentieel belang om de aan- en afwezigheid van deze moleculaire markers te bepalen voor het stellen van de juiste diagnose en prognose voor de patiënt. Deze analyses op moleculair niveau hebben hierdoor een prominente plaats binnen het behandelingstraject van patiënten met hematologische maligniteiten.
Acute myeloïde leukemie (AML) is een voorbeeld van een heterogene groep van maligniteiten met een variabele respons op therapie. Alle genen die gedurende het leven mutaties kunnen verwerven en vervolgens leiden tot AML zijn bekend. Groepen van AML patiënten worden gekarakteriseerd door (combinaties van) deze mutaties. Een deel van deze genen zijn belangrijk voor het bepalen van de prognose van de AML patiënt, terwijl alle gemuteerde genen een rol spelen bij de ontwikkeling van de AML. Met next generation sequencing (NGS) kunnen alle vaak voorkomende en patiënt-specifieke verworven mutaties in een enkele assay bepaald worden. Op basis van deze mutaties kan een inschatting worden gemaakt van de prognose van de AML patiënt. Hiervoor worden internationale richtlijnen gevolgd (2017ELN). Echter, ondanks dat het bepalen van de prognose in de afgelopen decennia sterk is verbeterd, is er nog veel te winnen.
De meerderheid van alle AML patiënten kunnen met hoge dosis chemotherapie in een complete hematologische remissie worden gebracht, maar bij de meeste van deze AML patiënten komt de leukemie weer terug. Residuale ziekte tijdens de therapie is een heel goede voorspeller voor het krijgen van een recidief voor verschillende hematologische maligniteiten. Wij hebben recentelijk aangetoond dat de toepassing van NGS bij restziekte detectie de kwantitatieve voorspelling van een recidief sterk verbeterd (M. Jongen et al., NEJM 378, 2018). In deze studie hebben we ook laten zien dat niet alle persisterende mutaties voorspellend zijn voor een recidief. Persisterende mutaties die eveneens worden gevonden in de oudere gezonde populatie als gevolg van klonale hematopoiese, zoals mutaties in DNMT3A, TET2 en ASXL1, blijken niet voorspellend voor een AML recidief. Deze resultaten markeren een belangrijke stap voorwaarts v.w.b. de implementatie van NGS in moleculaire restziekte detectie bij AML, maar zijn nog niet optimaal. Verdere ontwikkeling van deze technologie gericht op het versterken van de basis van klinische toepassing zal resulteren in een meer op de individuele patiënt afgestemde therapie.
Alle bovengenoemde analyses zijn uitgevoerd op de bulk van de AML cellen. Hierdoor konden subpopulaties van cellen niet worden onderscheiden en geanalyseerd. Analyse van DNA afwijkingen op het niveau van een enkele cel zal uiteindelijk nodig zijn om te kunnen bepalen welke cellen binnen een heterogene populatie kritisch belangrijk zijn voor het persisteren of terugkeren van de AML. ‘Single cell’ analyses met apparatuur zoals het MissionBio Tapestri Instrument (https://missionbio.com/) maakt dit mogelijk. Met deze apparatuur kan de moleculaire opmaak van individuele AML cellen worden bepaald. De (combinaties van) verworven mutaties karakteriseren de AML cel en groepen van AML cellen kunnen vervolgens met elkaar worden vergeleken. De samenstelling aan mutaties in de verschillende cel fracties geeft ook een verbeterd inzicht in de volgorde waarmee de verschillende mutaties verworven zijn en daarmee de ontwikkeling van de leukemie. Het doel van dit onderzoek is om deze ‘single cell’ apparatuur in te zetten voor een verbetering van de minimale restziekte detectie bij AML om zodoende de biologie van de restziekte beter te begrijpen en de voorspelling van een recidief verder te verbeteren.
Onderzoeksvragen
De onderzoeksvragen die we ons stellen zijn:
Kunnen we door verdere technologische ontwikkeling op het gebied van NGS de voorspellende waarde van moleculaire restziekte detectie voor een AML recidief verbeteren?
Kunnen we klonale hematopoiese en residuale leukemie na inductie therapie beter onderscheiden met single cell analyses?
Kunnen we het bepalen van het risico op een AML recidief verbeteren door moleculaire MRD detectie uit te voeren met single cell analyses, waarmee de cellulaire identiteit en klonale structuur van de restziekte kan worden bepaald?
Wat is de dynamiek van de verschillende cel fracties op verschillende tijdstippen gedurende de therapie?
Voor het voorgestelde onderzoek hebben we de beschikking over een unieke en uitgebreide verzameling van klinische beenmerg- en bloedmonsters, alsook DNA en RNA uit deze weefsel, van klinisch en hematologisch gedocumenteerde patiënten uit de HOVON-SAKK AML klinische studies. Aangezien het nieuwe MissionBio Tapestri Instrument, welke wij met de subsidie willen aanschaffen, ‘multi-omics ready’ is het mogelijk om naast de voorgestelde DNA analyses ook eiwit analyses te doen en op termijn ook RNA analyses.
Verwachte uitkomsten en verdere implementatie
Het voorgestelde onderzoek zal resulteren in een verbeterde op NGS-gebaseerde bepaling van restziekte bij AML patiënten in complete remissie na inductietherapie met een voorspellende waarde voor een opkomend recidief. Met het voorgestelde onderzoek zullen we de prognostiek van AML verbeteren door een beginnend recidief beter en sneller te herkennen, hetgeen zal resulteren in snellere en meer adequate therapie-interventies.
Het voorgestelde onderzoek is gecentreerd rond een van de speerpunten van de afdeling Hematologie op het ErasmusMC, het onderzoek aan AML, maar de apparatuur zal natuurlijk eveneens worden ingezet bij het onderzoek aan andere maligniteiten, waaronder mutiple myeloom, op unieke collecties van primaire patiënten materialen en in muizenmodellen.