Liquid Biopsy im Fokus

ESR1/PIK3CA Mutationsnachweis aus peripher venösem Blut mittels digitaler PCR (Liquid Biopsy)

Hochsensitive ctDNA-Diagnostik zur Therapieentscheidung beim HR+/HER2- Mammakarzinom

Genetischer Hintergrund

Brustkrebs ist mit rund 70.550 Neuerkrankungen pro Jahr die häufigste Krebserkrankung bei Frauen in Deutschland. Etwa zwei Drittel der Tumoren sind ER-positiv und HER2-negativ und sprechen zunächst auf eine endokrine Therapie an. Im Verlauf entwickeln jedoch etwa 40 % der Patientinnen eine Therapieresistenz, häufig verbunden mit Mutationen in den Genen ESR1 oder PIK3CA. Bei Nachweis dieser Mutationen stehen zielgerichtete Therapien wie Elacestrant oder Alpelisib zur Verfügung, die das Tumorwachstum verlangsamen und das progressionsfreie Überleben verlängern können. Der Mutationsnachweis kann nichtinvasiv mittels Liquid Biopsy aus zellfreier Tumor-DNA im Blut erfolgen und unterstützt insbesondere bei fortgeschrittenem oder metastasiertem ER-positivem/HER2-negativem Mammakarzinom nach endokriner Resistenz eine personalisierte Therapieentscheidung. Die Untersuchung kann in diesem klinischen Kontext als Kassenleistung angeboten werden.

Methodik der digitalen PCR

Die Mutationsanalyse erfolgt mittels digitaler Polymerase-Kettenreaktion (dPCR), einem hochsensitiven, quantitativen Verfahren zur Detektion seltener genetischer Varianten. Dabei wird die DNA-Probe in eine Vielzahl einzelner Reaktionspartitionen aufgeteilt, sodass Zielsequenzen binär (positiv/negativ) erfasst und Mutationen mit sehr niedriger Variantenallelfrequenz (VAF) präzise nachgewiesen werden können.

 

Präanalytik und Probenmaterial

  • Probenmaterial: 3x 7ml cfDNA-Exact (pro Gen)
  • Probenlagerung/-stabilität: 5 Tage bei 6-37°C
  • Versand: Im bereitgestellten Transportbeutel über unseren Fahrdienst

Weitere detaillierte Informationen zur Probenentnahme, Stabilität und Versandbedingungen stellen wir Ihnen über die folgenden Dokumente zur Verfügung.

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Analysespektrum

Die Analyse mittels digitaler PCR hat eine Sensitivität von 0.1% VAF und umfasst die folgenden therapierelevanten Mutationen:

Gen HGVSP HGVSC MANE Transkript
ESR1 p.(Glu380Gln) c.1138G>C NM_000125.4
ESR1 p.(Asp538Gly) c.1613A>G NM_000125.4
ESR1 p.(Leu536His) c.1607T>A NM_000125.4
ESR1 p.(Tyr537Cys) c.1610A>G NM_000125.4
ESR1 p.(Leu536Pro) c.1607T>C NM_000125.4
ESR1 p.(Tyr537Asn) c.1609T>A NM_000125.4
ESR1 p.(Leu536Arg) c.1607T>G NM_000125.4
ESR1 p.(Tyr537Ser) c.1610A>C NM_000125.4
PIK3CA p.(Glu542Lys) c.1624G>A NM_006218.4
PIK3CA p.(Glu545Lys) c.1633G>A NM_006218.4
PIK3CA p.(His1047Leu) c.3140A>T NM_006218.4
PIK3CA p.(His1047Arg) c.3140A>G NM_006218.4

 

Befundinterpretation

Der Befund enthält:

  • Detektierte therapeutisch relevante Mutation(en) und deren Variantenallelfrequenz (VAF)
  • Hinweise zur erreichten Sensitivität basierend auf der Anzahl der gemessenen cfDNA Kopien
  • Hinweise zu methodischen Limitationen falls vorhanden

 

Analytische Sensitivität/Limitationen

Die Validierung umfasst klinisch relevante Hotspot-Mutationen in den Genen ESR1 und PIK3CA bis zu einer technischen Nachweisgrenze von 0,1 % VAF, vorausgesetzt es werden mindestens 3.000 cfDNA-Kopien eingesetzt. Unterhalb dieser analytischen Sensitivitätsgrenze sind falsch-negative Ergebnisse nicht auszuschließen.

Gerinnungshemmende Substanzen wie Heparin können PCR-basierte Analysen empfindlich beeinträchtigen. Bei Einnahme entsprechender Medikamente sollte daher – sofern klinisch vertretbar – der zeitliche Abstand zwischen Probenentnahme und Medikamenteneinnahme möglichst groß gewählt werden.

Ergänzend ist sicherzustellen, dass geeignetes Abnahmematerial verwendet wird, um eine mechanische Scherung zellulärer Bestandteile zu vermeiden und dadurch eine Kontamination mit genomischer High-Molecular-Weight-(HMW)-DNA, welche die analytische Sensitivität durch Verdünnung der cfDNA beeinträchtigen kann, möglichst auszuschließen.

 

 

Technologiebeschreibung

  • Die Digitalisierung der PCR erfolgt durch die Verdünnung der cfDNA Moleküle/PCR-Templates in speziellen Mikrowellplatten. Im Optimalfall enthält jedes Well genau eine Zielkopie/PCR-Template.

  • Während der PCR_Reaktion binden Fluorophor markierte Wildtyp- und Mutationsspezifische Sonden and die Zielregionen.

  • Während der PCR-Reaktion werden die Fluorophore von den Sonden gelöst und geraten aus dem Einflussbereich des Quenchers.

  • Nach dem Abschluss der PCR werden die Fluorophore bei spezifischen Wellenlängen zur Emission angeregt.

  • Diese Emission wird über ein Kamerasystem auf den Analyseplatten detektiert und ergibt für jedes Mikrowell eine binäre Antwort (Signal Ja/Nein).

  • Über eine Analysesoftware werden diese Signale ausgewertet und quantifiziert.

Ihre Ansprechpartner

Dr. med. Bernhard MillerAbteilungsleitung PCR Molekularbiologie +49 721 85000 - 192 miller@laborvolkmann.de
Dipl. Biol. Fabian RippTechnische Leitung und stellv. Abteilungsleitung NGS +49 721 85000 - 104 ripp@laborvolkmann.de
Dr. med. Nicolas ThorntonAbteilungsleitung Zelluläre Immunologie +49 721 85000 - 348 n.thornton@laborvolkmann.de

 

 

 

 

Häufige Fragen (FAQs):

Was sind die Vorteile einer Liquid Biopsy mittels digitaler PCR?

  • Nicht invasiv
  • Ultrasensitiv (bis zu einer VAF von 0.1%)
  • Kurze Bearbeitungszeiten
  • Bei geringen Konzentrationen an cfDNA in der Probe oder dem Verdacht auf ein low frequency Allel können innerhalb kürzester Zeit zusätzliche Messungen erfolgen, um die Sensitivität der Analyse zu steigern. Limitierend ist hier lediglich die bereitgestellte Menge an Probenmaterial.
  • Erfassung tumoraler Heterogenität auch im metastasierten Setting

Welche Qualitätsstandards werden erfüllt?

Die Untersuchung erfolgt in einem nach geltenden Richtlinien akkreditierten medizinischen Labor innerhalb eines bundesweiten Laborverbunds.

Unsere Qualitätssicherung umfasst:

  • Validierte und nach ISO 15189 akkreditierte Testverfahren
  • Standardisierte Laborprozesse
  • Dokumentierte Qualitätskontrollen
  • Teilnahme an externen Ringversuchen

Werden noch weitere Liquid Biopsy Analysen in Ihrem Labor angeboten?

Der Ausbau unserer Liquid-Biopsy-Analytik befindet sich derzeit in der Implementierungsphase. Wir freuen uns, unser Leistungsspektrum noch im Laufe dieses Jahres um weitere diagnostische Verfahren erweitern zu können.

Geplant ist unter anderem die Erweiterung der digitalen PCR-Analytik (dPCR) um die für das Lungenkarzinom klinisch relevante EGFR-T790M-Mutation. Darüber hinaus etablieren wir einen breit angelegten NGS-Ansatz zur Analyse von 17 tumorrelevanten Genen.

Durch diese Erweiterungen werden wir künftig in der Lage sein, ein breiteres Spektrum an Tumorentitäten abzudecken, darunter Lungen-, Kolorektal-, Prostata- und Mammakarzinome sowie weitere Indikationen.

Mit der Kombination aus hochsensitiver dPCR (Nachweisgrenze bis 0,1 % VAF, ultrasensitive Detektion, sehr kurze Turnaround-Zeit) und umfassender NGS-Analytik (Nachweisgrenze bis 0,5% VAF, hohe Sensitivität bei breiter genetischer Abdeckung und moderat erhöhter Turnaround-Zeit) sind wir überzeugt, ein leistungsstarkes und vielseitig einsetzbares diagnostisches Portfolio für unterschiedliche klinische Fragestellungen anbieten zu können.

Können auch cfDNA Abnahmeröhrchen anderer Hersteller für die Entnahme verwendet werden?

Leider nein, die Akkreditierung und damit die Zulassung des Tests ist an die Verwendung der Sarstedt cfDNA Exact Röhrchen gebunden.

Wie lange dauert die Analyse?

Die Turnaround-Zeit beträgt in der Regel wenige Arbeitstage nach Probeneingang. In Einzelfällen, besonders bei einem niedrigen Anteil an cfDNA in der Probe, werden Analysen wiederholt um den kritischen Wert von mindestens 3000 Kopien zu erreichen.

In solchen Fällen kann sich die Befundübermittlung verzögern. 

Ist die Untersuchung erstattungsfähig?

Die Untersuchung ist eine Leistung der gesetzlichen Krankenkassen und wird nach den EBM Ziffern 19466 und 19463  abgerechnet.

Was sind bekannte Limitationen der Methode?

Die klinische Sensitivität der Methode ist maßgeblich von der im Plasma vorhandenen Menge zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA) abhängig, welche Teil der gesamten Zellfreien DNA (cfDNA) ist. Daher ist zwingend auf die Einsendung einer ausreichenden Probenmenge zu achten (3 × 7 ml Sarstedt cfDNA Exact).

Im Rahmen der Validierung konnte ein sicherer Nachweis von drei mutierten Allelen bei 3.000 Wildtyp-Kopien bestätigt werden. Dies entspricht einer analytischen Sensitivität (Limit of Detection, LoD) von 0.1% VAF. Unterhalb dieser analytischen Nachweisgrenze sind falsch-negative Ergebnisse nicht auszuschließen.

Das Vorhandensein zellulärer High-Molecular-Weight-(HMW)-DNA kann durch Verdünnung der Ziel-ctDNA zu einer Reduktion der klinischen Sensitivität führen. Bitte beachten Sie daher strikt die in unserem Informationsblatt zur Präanalytik beschriebenen Abnahme- und Lagerungsbedingungen.

Darüber hinaus können gerinnungshemmende Substanzen v.a. Heparin PCR-Reaktionen empfindlich beeinträchtigen und im Einzelfall zu einem Ausfall der Analyse führen.

Was sind die analytischen Leistungsmerkmale der Methode?

Die Bestimmung erfolgt mittels digitaler Polymerase-Kettenreaktion (dPCR). Die analytische Nachweisgrenze (Limit of Detection, LoD) wurde im Rahmen der methodischen Validierung unter definierten Bedingungen ermittelt.

Die LoD beträgt 0,1 % Variantenallelfrequenz (VAF) bezogen auf die analysierte Gesamt-cfDNA. Diese wurde durch Verdünnungsreihen mit 3 mutierten Kopien eines zertifizierten Referenzstandards in 3.000 Wildtyp-Kopien experimentell bestätigt (Sens. 98%; Spez. 100%; n=124 Einzelmessungen).

Die angegebene analytische Sensitivität ist an folgende Voraussetzung gebunden:
Es müssen mindestens 3.000 amplifizierbare cfDNA-Kopien in die dPCR-Reaktion eingehen. Diese Mindestkopienzahl wird als technisches Qualitätskriterium für die Erreichung der validierten LoD auf unseren Laborbefunden herangezogen

Was ist der Unterschied zwischen c(t)DNA und c(f)DNA und warum ist eine Differenzierung wichtig für die Befundinterpretation?

Die untersuchte zellfreie DNA (cfDNA) umfasst sowohl tumorassoziierte zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA) als auch nicht-tumorassoziierte cfDNA. Der relative Anteil der ctDNA an der Gesamt-cfDNA ist präanalytisch nicht bestimmbar und kann in Abhängigkeit von Tumorbiologie, Tumorlast, Therapiesituation sowie individuellen Faktoren wie BMI oder Autoimmunerkrankungen erheblich variieren.

Die angegebene VAF bezieht sich daher ausschließlich auf die Gesamt-cfDNA in der untersuchten Probe und erlaubt keine direkte Aussage über den absoluten ctDNA-Anteil.

Bei einer geringeren DNA-Eingangsmenge (< 3.000 amplifizierbare Kopien), bei stark vermindertem ctDNA-Anteil oder bei präanalytischer Beeinträchtigung der Probe kann die Erreichung der validierten analytischen Sensitivität nicht gewährleistet werden. In solchen Fällen sind falsch-negative Ergebnisse nicht auszuschließen.

Es gilt:

Eine hohe analytische Sensitivität (LoD=0.1% VAF)
→ erhöht die Wahrscheinlichkeit, niedrige ctDNA-Anteile zu detektieren,
→ eliminiert jedoch nicht das Risiko falsch-negativer Ergebnisse, wenn die absolute Menge an ctDNA unterhalb der stochastischen Nachweisgrenze liegt.

Physikalisch betrachtet bewegen wir uns bei solch niedrigen Kopienzahlen im Bereich der Poisson-Statistik welche besagt:
Wenn nur sehr wenige mutierte Moleküle im Input vorhanden sind, kann selbst eine technisch perfekte Methode sie zufällig nicht erfassen.

Stellen Sie sich ein Glas mit 10.000 gelben Linsen vor (diese stehen für die gesamt cfDNA in einer Probe). Jetzt geben Sie in dieses Glas 10 schwarze Linsen hinzu (diese stehen für die mutierten ctDNA Moleküle der Probe) und rühren kräftig. Jetzt ziehen Sie mit einem Messbecher 3.000 Linsen aus dem Glas. Würden Sie 100€ verwetten, dass Sie genau 3 schwarze Linsen ziehen? Vermutlich nicht. Tatsächlich ist es mathematisch so, dass sie laut Poisson in 5% der Fälle in denen Sie einen Ziehversuch durchführen sogar 0 mutierte Linsen ziehen würden.

Die analytische Sensitivität ist daher nicht gleichzusetzen mit der klinischen Sensitivität der Untersuchung und eine Verwendung der Liquid Biopsy als Verlaufskontrolle auf der Ebene der VAF, daher wenig Sinnvoll.

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