Ultrasnelle amplicon-gebaseerde sequencing van de volgende generatie bij niet-plaveiselcelkanker
Summary
De toename van moleculaire biomarkers die moeten worden getest voor niet-plaveiselcelcarcinoom niet-kleincellige longkanker (NS-NSCLC) zorgmanagement heeft geleid tot de ontwikkeling van snelle en betrouwbare moleculaire detectiemethoden. We beschrijven een workflow voor de beoordeling van genomische veranderingen voor NS-NSCLC-patiënten met behulp van een ultrasnelle next generation sequencing (NGS)-benadering.
Abstract
Het aantal moleculaire veranderingen dat moet worden getest voor gerichte therapie van patiënten met niet-plaveiselcelkanker (NS-NSCLC) is de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen. De detectie van moleculaire afwijkingen is verplicht voor de optimale zorg voor gevorderde of gemetastaseerde NS-NSCLC-patiënten, waardoor gerichte therapieën kunnen worden toegediend met een verbetering van de algehele overleving. Desalniettemin ontwikkelen deze tumoren resistentiemechanismen die mogelijk kunnen worden aangepakt met behulp van nieuwe therapieën. Sommige moleculaire veranderingen kunnen ook de behandelingsrespons moduleren. De moleculaire karakterisering van NS-NSCLC moet worden uitgevoerd in een korte doorlooptijd (TAT), in minder dan 10 werkdagen, zoals aanbevolen door de internationale richtlijnen. Bovendien is de oorsprong van de weefselbiopten voor genomische analyse divers en neemt hun omvang voortdurend af met de ontwikkeling van minder invasieve methoden en protocollen. Bijgevolg worden pathologen uitgedaagd om effectieve moleculaire technieken uit te voeren met behoud van een efficiënte en snelle diagnosestrategie. Hier beschrijven we de ultrasnelle amplicon-gebaseerde next-generation sequencing (NGS)-workflow die wordt gebruikt in de dagelijkse routinepraktijk bij de diagnose voor NS-NSCLC-patiënten. We hebben aangetoond dat dit systeem in staat is om de huidige moleculaire doelen die worden gebruikt in precisiegeneeskunde in de thoracale oncologie te identificeren in een geschikte TAT.
Introduction
In het afgelopen decennium heeft de ontwikkeling van gerichte en immunotherapieën de totale overleving (OS) van niet-plaveiselcelkanker (NS-NSCLC) aanzienlijk verhoogd1,2. In dit opzicht is het aantal verplichte genen en moleculaire doelen om te analyseren bij de behandeling van NS-NSCLC de afgelopen jaren toegenomen 3,4.
De huidige internationale richtlijnen bevelen aan om EGFR, ALK, ROS1, BRAF, NTRK, RET, en MET te testen bij de diagnose van geavanceerde NS-NSCLC5. Bovendien, aangezien nieuwe geneesmiddelen onlangs veelbelovende resultaten hebben opgeleverd in klinische onderzoeken, zullen binnenkort aanvullende genomische veranderingen worden gescreend in een aantal extra genen, met name KRAS en HER2, samen met BRAC1/BRAC2, PI3KA, NRG1 en NUT 6,7,8,9. Bovendien kan de status van verschillende geassocieerde genen, zoals STK11, KEAP1 en TP53, van groot belang zijn voor een betere voorspelling van de respons of resistentie tegen sommige gerichte therapieën en/of immuuncheckpointremmers (ICI’s)10,11,12.
Belangrijk is dat de moleculaire veranderingen zonder noemenswaardige vertraging moeten worden gerapporteerd om zorgvuldige klinische besluitvorming te garanderen. De afwezigheid van moleculaire karakterisering van een tumor kan leiden tot de start van niet-gerichte therapieën zoals chemotherapie met/zonder immunotherapie, wat leidt tot een suboptimale behandelingsstrategie, aangezien de respons op chemotherapie beperkt is bij patiënten met bruikbare veranderingen, zoals EGFR-mutaties of genfusies13.
Bovendien zou de huidige ontwikkeling van gerichte therapieën/immunotherapieën in neoadjuvante en/of adjuvante settings kunnen leiden tot het systematisch zoeken naar, ten minste, EGFR– en ALK-veranderingen in NS-NSCLC in een vroeg stadium, aangezien ICI’s alleen mogen worden toegediend in tumoren die wildtype zijn voor EGFR en ALK14. Het is nu ook verplicht om te testen op de aanwezigheid van EGFR-mutaties in NS-NSCLC in een vroeg stadium, aangezien osimertinib (een EGFR-tyrosinekinaseremmer van de derde generatie) kan worden gebruikt als adjuvante therapie bij EGFR-mutant NS-NSCLC15.
De strategie voor de beoordeling van de verschillende biomarkers bij het voorspellen van de respons op verschillende gerichte therapieën en/of immunotherapieën bij NS-NSCLC-patiënten evolueert snel, wat de identificatie van deze biomarkers sequentieel moeilijk maakt 3,16. In dit opzicht is Next-Generation Sequencing (NGS) nu de optimale benadering voor parallelle beoordeling van genveranderingen met hoge doorvoer in NS-NSCLC 5,17.
De NGS-workflow kan echter moeilijk onder de knie te krijgen zijn en kan leiden tot langere TAT18,19. Zo voeren veel centra nog steeds sequentiële benaderingen uit (immunohistochemie (IHC), fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) en/of gerichte sequencing). Deze strategie is echter beperkt in het geval van een kleine steekproefomvang en vooral vanwege het toegenomen aantal bruikbare mutaties dat moet worden getest in NS-NSCLC20. Ultrasnelle en eenvoudige testmethoden die een snelle beoordeling van genveranderingen mogelijk maken, zijn dus steeds belangrijker geworden voor een optimale klinische besluitvorming. Bovendien worden goedgekeurde en geaccrediteerde systemen voor moleculair testen verplicht voor het voorschrijven van specifieke gerichte therapieën.
Hier beschrijven we een ultrasnelle en geautomatiseerde amplicon-gebaseerde DNA/RNA NGS-test voor moleculaire tests van NS-NSCLC die wordt gebruikt in het Laboratorium voor Klinische en Experimentele Pathologie (LPCE), Universitair Ziekenhuis van Nice, Frankrijk en is geaccrediteerd volgens de ISO 15189-norm door de Franse Accreditatiecommissie (COFRAC) (https://www.cofrac.fr/). Het COFRAC certificeert dat het laboratorium voldoet aan de eisen van de norm ISO 15189 en COFRAC toepassingsregels voor de activiteiten van testen/kalibratie in moleculaire analyse in geautomatiseerde NGS op een sequencer met het panel dat door het laboratorium wordt uitgevoerd. Accreditatie volgens de erkende internationale norm ISO 15189 toont de technische competentie van het laboratorium aan voor een gedefinieerde reikwijdte en de goede werking van een geschikt managementsysteem in dit laboratorium. De voordelen en beperkingen van deze workflow, van de voorbereiding van weefselbiopsiemonsters tot het verkrijgen van het rapport, worden besproken.
Protocol
Representative Results
Discussion
De ontwikkeling van een ultrasnelle op amplicon gebaseerde NGS-benadering als reflextesten voor de beoordeling van moleculaire veranderingen bij diagnose van elk stadium NS-NSLC is een optimale optie voor de detectie van alle door de richtlijn aanbevolen en opkomende biomarkers in NS-NSCLC 5,22,23. Terwijl sequentiële methoden (IHC, PCR, FISH) zich alleen richten op specifieke genen en kunnen leiden tot uitputting van weefselma…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken Thermo Fisher Scientific voor het feit dat ze ons de mogelijkheid hebben gegeven om hun apparaat en materialen te gebruiken.
Materials
| 96 well hard shell plate clear | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | 4483354 | |
| Adhesive PCR Plate Foil | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | AB0626 | |
| AutoLys M tube | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A38738 | FFPE sample processing tubes |
| Genexus Barcodes 1-32 HD | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A40261 | |
| Genexus GX5 Chip and Genexus Coupler | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A40269 | |
| Genexus Pipette Tips | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A40266 | |
| Genexus Purification Instrument | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A48148 | Automated purification instrument (API) |
| Genexus Sequencing Kit | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A40271 | |
| Genexus Templating Strips 3-GX5 and 4 | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A40263 | |
| Genexus Integrated Sequencer | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A45727 | |
| Ion Torrent Genexus FFPE DNA/RNA Purification Combo Kit | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A45539 | |
| Oncomine Precision Assay GX (OPA) Panel (included Strips 1 and 2-HD) | Thermo Fisher Scientific (Waltham, Massachusetts, USA) | A46291 |
References
- Howlader, N., et al. The effect of advances in lung-cancer treatment on population mortality. New England Journal of Medicine. 383 (7), 640-649 (2020).
- Melosky, B., et al. The rapidly evolving landscape of novel targeted therapies in advanced non-small cell lung cancer. Lung Cancer. 160, 136-151 (2021).
- Hanna, N. H., et al. Therapy for stage IV non-small-cell lung cancer with driver alterations: ASCO and OH (CCO) joint guideline update. Journal of Clinical Oncology. 39 (9), 1040-1091 (2021).
- Kerr, K. M., et al. The evolving landscape of biomarker testing for non-small cell lung cancer in Europe. Lung Cancer. 154, 161-175 (2021).
- Mosele, F., et al. Recommendations for the use of next-generation sequencing (NGS) for patients with metastatic cancers: a report from the ESMO precision medicine working group. Annals of Oncology. 31 (11), 1491-1505 (2020).
- Kazdal, D., Hofman, V., Christopoulos, P., Ilié, M., Stenzinger, A., Hofman, P. Fusion-positive non-small cell lung carcinoma: Biological principles, clinical practice, and diagnostic implications. Genes Chromosomes and Cancer. 61 (5), 244-260 (2022).
- Li, B. T., et al. Trastuzumab deruxtecan in HER2 -mutant non-small-cell lung cancer. New England Journal of Medicine. 386 (3), 241-251 (2022).
- Bontoux, C., Hofman, V., Brest, P., Ilié, M., Mograbi, B., Hofman, P. Daily practice assessment of KRAS status in NSCLC patients: A new challenge for the thoracic pathologist is right around the corner. Cancers. 14 (7), 1628 (2022).
- Skoulidis, F., et al. Sotorasib for lung cancers with KRAS p.G12C mutation. New England Journal of Medicine. 384 (25), 2371-2381 (2021).
- Hellyer, J. A., et al. Impact of tumor suppressor gene co-mutations on differential response to EGFR TKI therapy in EGFR L858R and Exon 19 deletion lung cancer. Clinical Lung Cancer. 23 (3), 264-272 (2022).
- Mograbi, B., Heeke, S., Hofman, P. The importance of stk11/lkb1 assessment in non-small cell lung carcinomas. Diagnostics. 11 (2), 196 (2021).
- Nadal, E., et al. Two patients with advanced-stage lung adenocarcinoma with radiologic complete response to nivolumab treatment harboring an STK11/LKB1 mutation. JCO Precision Oncology. 4, 1239-1245 (2022).
- Smeltzer, M. P., et al. The international association for the study of lung cancer global survey on molecular testing in lung cancer. Journal of Thoracic Oncology. 15 (9), 1434-1448 (2020).
- Ahern, E., Solomon, B. J., Hui, R., Pavlakis, N., O’Byrne, K., Hughes, B. G. M. Neoadjuvant immunotherapy for non-small cell lung cancer: Right drugs, right patient, right time. Journal for ImmunoTherapy of Cancer. 9 (6), e002248 (2021).
- Wu, Y. -. L., et al. Osimertinib in resected EGFR-mutated non-small-cell lung cancer. New England Journal of Medicine. 383 (18), 1711-1723 (2020).
- Hanna, N. H., et al. Therapy for stage IV non-small-cell lung cancer without driver alterations: ASCO and OH (CCO) joint guideline update. J Clin Oncol. 38 (14), 1608-1632 (2020).
- de Maglio, G., et al. The storm of NGS in NSCLC diagnostic-therapeutic pathway: How to sun the real clinical practice. Critical Reviews in Oncology/Hematology. 169, 103561 (2022).
- DiStasio, M., Chen, Y., Rangachari, D., Costa, D. B., Heher, Y. K., VanderLaan, P. A. Molecular testing turnaround time for non-small cell lung cancer in routine clinical practice confirms feasibility of CAP/IASLC/AMP guideline recommendations: A single-center analysis. Clinical Lung Cancer. 18 (5), e349-e356 (2017).
- Heeke, S., et al. Use of the ion PGM and the genereader NGS systems in daily routine practice for advanced lung adenocarcinoma patients: A practical point of view reporting a comparative study and assessment of 90 patients. Cancers. 10 (4), 88 (2018).
- Hofman, P. The challenges of evaluating predictive biomarkers using small biopsy tissue samples and liquid biopsies from non-small cell lung cancer patients. Journal of Thoracic Disease. 11, S57-S64 (2019).
- Ilié, M., et al. Setting up an ultra-fast next-generation sequencing approach as reflex testing at diagnosis of non-squamous non-small cell lung cancer; experience of a single center (LPCE, Nice, France). Cancers. 14 (9), 2258 (2022).
- Zacharias, M., et al. Reflex testing in non-small cell lung carcinoma using DNA-and RNA-based next-generation sequencing-a single-center experience. Translational Lung Cancer Research. 10 (11), 4221-4234 (2021).
- Miller, T. E., et al. Clinical utility of reflex testing using focused nextgeneration sequencing for management of patients with advanced lung adenocarcinoma. Journal of Clinical Pathology. 71 (12), 1108-1115 (2018).
- Al-Ahmadi, A., et al. Next generation sequencing of advanced non-small cell lung cancer: utilization based on race and impact on survival. Clinical Lung Cancer. 22 (1), 16.e1-22.e1 (2021).
- Kim, J. H., Yoon, S., Lee, D. H., Jang, S. J., Chun, S. M., Kim, S. W. Real-world utility of next-generation sequencing for targeted gene analysis and its application to treatment in lung adenocarcinoma. Cancer Medicine. 10 (10), 3197-3204 (2021).
- Sheffield, B. S., et al. Point of care molecular testing: Community-based rapid next-generation sequencing to support cancer care. Current Oncology. 29 (3), 1326-1334 (2022).
- Camidge, D. R., Doebele, R. C., Kerr, K. M. Comparing and contrasting predictive biomarkers for immunotherapy and targeted therapy of NSCLC. Nature Reviews Clinical Oncology. 16 (6), 341-355 (2019).
- Rosas, D., Raez, L. E., Russo, A., Rolfo, C. Neuregulin 1 gene (Nrg1). A potentially new targetable alteration for the treatment of lung cancer. Cancers. 13 (20), 5038 (2021).
- Shapiro, G. I., et al. A Phase 1 study of RO6870810, a novel bromodomain and extra-terminal protein inhibitor, in patients with NUT carcinoma, other solid tumours, or diffuse large B-cell lymphoma. British Journal of Cancer. 124 (4), 744-753 (2021).
- Schoenfeld, A. J., et al. The genomic landscape of SMARCA4 alterations and associations with outcomes in patients with lung cancer. Clinical Cancer Research. 26 (21), 5701-5708 (2021).
- Zhang, K., et al. Identification of deleterious NOTCH mutation as novel predictor to efficacious immunotherapy in NSCLC. Clinical Cancer Research. 26 (14), 3649-3661 (2020).
- Shen, C. I., et al. Real-world evidence of the intrinsic limitations of PCR-based EGFR mutation assay in non-small cell lung cancer. Scientific Reports. 12 (1), 13566 (2022).
- Zou, D., et al. Diagnostic value and cost-effectiveness of next-generation sequencing-based testing for treatment of patients with advanced/metastatic non-squamous non-small-cell lung cancer in the United States. Journal of Molecular Diagnostics. 24 (8), 901-914 (2022).
- Zhong, Y., Xu, F., Wu, J., Schubert, J., Li, M. M. Application of next generation sequencing in laboratory medicine. Annals of Laboratory Medicine. 41 (1), 25-43 (2020).
- Bruno, R., Fontanini, G. Next generation sequencing for gene fusion analysis in lung cancer: A literature review. Diagnostics. 10 (8), 521 (2020).
- Hofman, V., et al. Ultra-fast gene fusion assessment for non-squamous non-small cell lung cancer. JTO Clinical and Research Reports. 4 (2), 100457 (2022).
- Horgan, D., et al. Personalized medicine perspective identifying the steps required to effectively implement next-generation sequencing in oncology at a national level in Europe. Journal of Personalized Medicine. 12 (1), 72 (2022).
- Cohen, D., et al. Optimizing mutation and fusion detection in NSCLC by sequential DNA and RNA sequencing. Journal of Thoracic Oncology. 15 (6), 1000-1014 (2020).
- Goswami, R. S., et al. Identification of factors affecting the success of next-generation sequencing testing in solid tumors. American Journal of Clinical Pathology. 145 (2), 222-237 (2016).
- Ilie, M., Hofman, P. Pitfalls in Lung Cancer Molecular Pathology: How to Limit them in Routine Practice. Current Medicinal Chemistry. 19 (16), 2638-2651 (2012).
