Hvor langt er vi fra klinisk brug af array-teknologi?

En af biomedicinens største udfordringer er at udnytte den nye viden og teknologi, der tilføres feltet i disse år til forbedret patientdiagnostik og -behandling. Et af de mest lovende fremskridt i denne forbindelse er DNA-chip (eller DNA microarray)-teknologien, som på en hurtig og effektiv måde gør det muligt at undersøge det samlede genudtryk i celler eller væv eller at påvise sekvensvariationer i cellernes genom. I forskningsmæssige sammenhænge har man med stor succes kunnet kortlægge geners spatiale og temporale udtryk og i dyremodeller identificere patologiske variationer for forskellige sygdomme. Ligeledes peger mange ny resultater på, at karakterisering af genudtrykket på en ny måde kan benyttes til klassifikation af sygdomsprocesser og dermed føre til en mere præcis vurdering af patienternes prognoser og behandlingsmuligheder. Endelig vil man med microarray-baseret DNA-sekventering og undersøgelse af sekvensvariationer måske kunne effektivisere krævende molekylærgenetiske analyser. Implementeringen af microarray -baserede analyser i den kliniske hverdag kræver naturligvis, at man kan dokumentere gevinsten ved teknologien, og at metoden er reproducerbar og sammenlignelig. Denne del af arbejdet er langt fra afsluttet, men på basis af en række nye resultater føler vi, at en vis optimisme er berettiget. I denne statusartikel har vi forsøgt at give en kort oversigt over microarray -teknologiens position i den kliniske hverdag.

Farmakogenetik

Europæiske patienter og deres behandlende læger kan nu på en enkel og hurtig måde få oplyst, hvad den mest hensigtsmæssige dosering af en række præparater er for at opnå en individuel optimal terapeutisk effekt. Denne udvikling skyldes en række teknologiske landvindinger [1]. I september 2004 blev den første DNA-microarray-chip EU-godkendt til anvendelse som en diagnostisk test. Ved hjælp af AmpliChip CYP450 identificerer man 31 kendte polymorfier i generne 2D6 og 2C19, der hører til cytokrom P450-genfamilien (Figur 1 ). Disse gener udtrykker enzymer, som har en central rolle for metabolismen af en række lægemidler. På baggrund af de påviste sekvensvariationer kan den enkelte patient klassificeres i forhold til sin metaboliske profil (poor, intermediate, extensive, ultra-rapid metabolizer ), og dermed kan den mest adækvate dosering af f.eks. antipsykotika, betablokkere, azathioprin eller protonpumpehæmmere blive ordineret. En poor metabolizer kan minimere risikoen for toksiske plasmakoncentrationer ved at få ordineret lavere doser af f.eks. phenytoin. På den anden side vil en poor metabolizer have behov for højere doser af et prodrug som pantoprazol for at opnå farmakologisk relevante plasmakoncentrationer.

Produktet er udviklet af Roche Diagnostics i samarbejde med microarray -producenten Affymetrix, der også har fået den tilhørende hardware og software til analyserne EU-godkendt. Analysen er netop etableret på Rigshospitalet, hvor man i fremtiden håber at kunne overføre erfaringerne fra den rutinemæssige anvendelse af metoden til fremtidige chipbaserede analyser.

Diagnostisk og prognostisk anvendelse

CYP450-chippen er dog ikke det første microarray-baserede produkt, som er blevet kommercielt tilgængeligt for læger og patienter. Kortlægningen af et »genetisk mønster« eller en »genetisk signatur« i tumorer fra patienter med brystcancer har resulteret i udviklingen af Mammaprint, der siden februar 2004 har været kommercielt tilgængelig via det hollandske firma Agendia [2].

Mammaprint fungerer som en laboratorieservice, hvor man på RNA, der er ekstraheret fra tumorceller, kortlægger den tumorspecifikke genekspressionsprofil. Van de Vijver et al identificerede ved hjælp af et DNA-microarray med 25.000 gener en prognostisk profil omfattende 70 gener ud fra et materiale på 98 patienter og validerede efterfølgende profilen hos 295 konsekutive patienter under 52 år med tumorer, der var mindre end fem centimeter [3]. I valideringsundersøgelsen havde omkring halvdelen af patienterne verificerede tumorceller i lymfeknuder, og tumorerne stammede fra en vævsbank, hvori de var blevet nedfrosset i 1984-1995. Patienter med en dårlig prognose (n = 180) havde en tiårig overlevelsesrate på 55% versus patienterne med en god prognose (n = 115), der havde en tiårig overlevelsesrate på 95%. Genprofileringens prædiktive værdi var højere end værdierne fra traditionelle metoder: Flere patienter med lymfeknuder uden cancerceller havde en god prognose med anvendelsen af microarray -profileringen (40%) end med anvendelsen af St. Gallen-kriterier (15%) og/eller NIH-kriterier (7%). Desuden havde lavrisikopatienter ifølge DNA-profileringen en større chance for overlevelse uden metastasering end de lavrisikopatienter, der var blevet klassificeret i henhold til de andre metoder. Arbejdet fra denne gruppe tydede desuden på, at tilbøjelighed til metastasering ikke opstår sent, men tværtimod kan identificeres tidligt i tumorforløbet. En randomiseret klinisk undersøgelse, den første hvori man vurderer en microarray -baseret diagnostisk test omfattende 5.000 patienter, forventes at foreligge i 2010 eller 2011.

Klinisk anvendelse

De hæmatologiske neoplastiske sygdomme har ofte meget distinkte genekspressionsprofiler. RNA ekstraheret fra celler hos 360 patienter med akut lymfoblastær leukæmi (ALL) kunne således klassificeres i seks undergrupper, som svarer til sygdommens kendte cytogenetiske undergrupper, samt en ny undertype [4]. I 2004 blev akut myeloblastær leukæmi (AML) klassificeret af to uafhængige grupper og opdelt i molekylære og prognostiske underkategorier [5]. Diffust storcellet B-lymfom (DLBCL) blev allerede i 2000 [6] inddelt i undergrupper ved hjælp af et hjemmelavet DNA-array kaldet lymphochip , og gensignaturerne er siden blevet forbedret, og klassifikationen er med succes overført til andre platforme, således at man i de kommende år kan påbegynde sammenligninger mellem forskellige laboratorier og prospektive studier. Den første kliniske anvendelse af DNA-chips inden for hæmatologien kan forventes blandt ALL- og DLBCL-patienter [4].

Om teknologiens anvendelse bliver udbredt i praksis afhænger af flere forhold. Mu ligheden eksisterer for, at microarray-produkter ikke slår an hos de behandlende læger på grund af traditioner eller et relativt højt prisniveau. Der er et kendt fortilfælde inden for farmakogenetikken, hvor undersøgelse af genet for enzymet thiopurinmetyltransferase (TPMT), som indgår i metaboliseringen af azathioprin/6-mercaptopurin (6-MP), kun har fundet begrænset anvendelse. En sekvensvariation er forbundet med manglende TPMT-aktivitet hos ca. 0,3% af befolkningen, og 6-MP-behandling kan derfor forårsage potentielle toksiske virkninger, herunder knoglemarvspåvirkning. En diagnostisk test til bestemmelse af varianten har siden 1990'erne været kommercielt tilgængelig, men fraset på nogle få centre i USA er det ikke blevet rutine at undersøge for denne genetiske variation, inden behandlingen påbegyndes, på trods af de potentielt alvorlige toksiske effekter, som nogle patienter oplever. Blandt de medvirkende faktorer til den beskedne brug af TPMT-bestemmelse kan der, ud over den relativt høje pris, nævnes en forsinkelse af f.eks. en immunosuppressiv behandling, til svaret på testen foreligger, men dette bør sammenholdes med, at den terapeutiske effekt af azathioprin/6-MP først indtræder 2-3 måneder senere.

Klinikernes holdning

For at vurdere klinikernes holdning til og anvendelse af en microarray -baseret test er gruppen bag Mammaprint sammen med den hollandske sygesikring gået i gang med et pilotprojekt, hvori patienterne og lægerne får tilbudt 70-gens-prognosesignaturen. Målet er at afdække, hvor mange og hvilke kliniske beslutninger der bliver taget på baggrund af denne oplysning – især hvis den ikke stemmer overens med de kliniske og histopatologiske oplysninger. Desuden vil det blive undersøgt, om anvendelse af testen kan korreleres til reducerede behandlingsomkostninger som følge af, at færre patienter bliver sat i kemoterapeutisk behandling.

Regulative og lovgivningsmæssige aspekter

En forudsætning for, at microarray-baserede produkter bliver anvendt i klinikken, er, at de godkendes til at blive markedsført som diagnostiske (eller prognostiske) test. Dette kræver bl.a., at microarray-genererede data af godkendelsesmyndighederne bliver betragtet som både pålidelige og reproducerbare. I USA har Food and Drug Administration (FDA) imidlertid i 2002 vurderet, at der stadig mangler evidens for, at dataene er reproducerbare [7]. Der er således flere undersøgelser, hvis resultater peger på, at sammenligninger af DNA-array-data ikke er helt problemfri [8]. På den anden side erkender man i FDA, kun at have en meget begrænset erfaring med microarray -data. På denne baggrund er de derfor gået aktivt ind i at få etableret samarbejdsrelationer med universiteter og industrien for at få etableret rammer for ansøgninger vedrørende microarray-baserede kliniske produkter. Organisationen har således oprettet flere laboratorier for at få samlet den nødvendige ekspertise til vurdering af microarray-ansøgninger, og et sæt præliminære retningslinjer herom er blevet offentliggjort online [9].

Fremtidig anvendelse

Selv uden de endelige retningslinjer har industrien og universiteterne påbegyndt eller vil i den nærmere fremtid påbegynde flere kliniske undersøgelser af anvendelse af array-teknologi [10]. Ud over det nævnte hollandske studie forventes mindst fire andre forskergrupper at inddrage flere tusinde patienter i vurderingen af microarray -baserede diagnostiske og prognostiske produkter til cancerbehandling. Søsætningen af disse initiativer og undersøgelser bekræfter troen på microarray-teknologiens enorme potentiale og peger på, at man inden for en overskuelig årrække vil være i stand til at dokumentere og fastlægge teknologiens kliniske betydning.

Claudio Csillag, Medicinsk Gastroenterologisk Afdeling C, Amtssygehuset i Herlev, DK-2730 Herlev.

E-mail: claudio@dadlnet.dk

Antaget: 12. januar 2005

Interessekonflikter: Ingen angivet

Taksigelser: Dette arbejde har modtaget støtte fra Augustinus Fonden og Fonden af 1870.