Bedeutung exosomaler DNA aus Speichel beim duktalen Pankreaskarzinom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das duktale Adenokarziom des Pankreas (PDAC) zeigt weltweit eine steigende Inzidenz und weist trotz aller Therapiefortschritte weiterhin nur eine 5-Jahres-Überlebensrate von <10% auf. Bei immer mehr Tumoren werden heute erfolgreich - auf molekulargenetischen Untersuchungen basierende - individualisierte Therapiekonzepte eingesetzt. Aufgrund der anatomischen Lage ist eine PDAC Biopsie meist nur mittels einer endoskopischen Feinnadelbiopsie (FNA) möglich. Das dabei gewonnene, minimale Tumormaterial konnte bisher nicht für molekulargenetische Untersuchungen verwendet werden, so dass die klinische Therapieentscheidung meist nur auf empirischen Kriterien ohne genetische Tumorcharakterisierung beruhen. Neben Gewebebiopsien wurden in den letzten Jahren zunehmend „liquid biopsies“ (LB) beforscht, bei denen Tumor-DNA im Blutplasma (cfDNA), in zirkulierenden Exosomen (exoDNA) oder zirkulierenden Tumorzellen (CTC) analysiert wird. In unserem Labor beforschten wir daher Möglichkeiten, die erzielten Ergebnisse für den klinischen Alltag zugänglich und nutzbar zu machen, um so das PDAC Outcome zu verbessern. In mehreren Projekten untersuchten wir den klinischen Nutzen von LB im PDAC. Dabei konnten wir in einer großen Kohorte (n=425 Proben) zeigen, dass das longitudinale Monitoring des cf- und exoDNA Mutationsstatus relevante prognostische und prädiktive Informationen für die therapeutische Tumorstratifizierung lieferten. So zeigten zu Therapiebeginn Patienten mit ausgeprägtem Mutationsstatus ein signifikant schlechteres Überleben unabhängig vom Tumorstadium. Ebenso war ein hoher Anstieg des Mutationsstatus unter Therapie signifikant mit einem Tumorprogress verbunden. In einer weiteren Studie (n=229 Proben) untersuchen wir aktuell die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Patienten unter (neo-)adjuvanter Therapie mit dem platin-basierten Standardregime (FOLFIRINOX). Auch evaluierten wir den klinischen Nutzen von CTC im PDAC, die mithilfe einer neuartigen im Labor entwickelten Isolationsmethode unabhängig von ihren Oberflächenantigen isoliert wurden. Wir charakterisierten dabei mehrere prognostisch relevante CTC-Subpopulationen und zeigten, dass eine zunehmende epithelial-mesenchymale Transition (EMT) prognostisch ungünstig ist. In einer zweiten Projektreihe wendeten wir Einzelzellsequezierungstechniken (scRNA) sowohl in zystischen Vorläuferläsionen, Tumoren und FNA an. ScRNA Techniken ermöglichen im Gegensatz zur klassischen Massensequenzierung auch die Identifizierung und Charakterisierung kleiner Zellpopulationen. Durch scRNA Analysen von intraduktalen papillärmuzinösen Neoplasien (IPMN) und ihrem Progress zu invasiven PDAC erlangten wir einen bisher unerreichten Einblick sowohl in die Entwicklung der Epithelzellen als auch der Stromabzw. Immunzellen. Dabei zeigte sich, neben einer ausgesprochenen Heterogenität, dass schon gering dysplastische IPMN Zellpopulationen aufweisen, die identisch mit denjenigen der späteren Tumoren sind. Neben der zunehmenden Entartung der Epithelzellen zeigten auch die Immun- und Stromazellkompartimente mit höherem IPMN-Dysplasiegrad steigende proinflammatorische und tumorfördernde Populationen. Unsere Arbeit wurde dabei aufgrund ihrer Bedeutung durch ein Editorial in Clinical Cancer Research gewürdigt. In einem nächsten Schritt wurde getestet, ob auch FNA Proben molekulargenetisch sowohl mit der klassischen Massen- als auch der Einzellzellsequenzierung untersucht werden können. Durch spezifisch entwickelte Anreicherungsmethoden konnten wir eine valide Durchführbarkeit und Reproduzierbarkeit zeigen, die wichtige Informationen in therapienaiven PDAC liefern kann. Erneut zeigte sich eine heterogene Zusammensetzung der PDAC aus mehreren Subtypen und protumorgene Effekte der Nichttumorzellen. Dies hat insofern eine große klinische Relevanz, als dass begonnen wird, PDAC Subtypen für den Einschluss in klinischen Studien zu verwenden. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass die meisten PDAC eher eine Mischung aus mehreren Subtypen sind. Zusammengefasst konnte in multiplen Projekten die zunehmende Bedeutung der genetischen Charakterisierung dieser heterogenen Tumoren für die klinisch-therapeutische Entscheidungsfindung gezeigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Pancreatic cancer in 2017: Rebooting pancreatic cancer knowledge and treatment options, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018 Feb;15(2):76-78
Semaan A, Maitra A
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Circulating Nucleic Acids Associate with Outcomes of Patients with Pancreatic Cancer, Gastroenterology, 2019 Jan, 156 (1), 108-118.e4
Bernard V, Kim DU, San Lucas FA, Castillo J, Allenson K, Mulu FC, Stephens BM, Huang J, Semaan A, Guerrero PA, Kamyabi N, Taniguchi C, Wolff R, Katz M, Varadhachary G, Maitra A, Alvarez HA
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Single Cell Transcriptomics of Pancreatic Cancer Precursors Demonstrates Epithelial and Microenvironmental Heterogeneity as an Early Event in Neoplastic Progression, Clinical Cancer Research, 2019 April 1, 25 (7), 2194-2205
Bernard V, Semaan A, Huang J, San Lucas A, Mulu F, Stephens B, Guerrero P, Kamyabi N, Sen S, Scheet P, Taniguchi CM, Tzeng M, Katz MH, Singhi AD, Maitra A, Alvarez HA
