Biomarkery Současný pohled na problematiku Prof. MUDr. O. Topolčan, CSc. (LF UK Plzeň)
Využití nádorového markeru k diagnostice recidivy CEA jako nádorový marker relapsu (muž 73 let, kolorektální ca) klinická manifestace operace klinické vyš. neg.
Karcinoembrionální antigen (CEA) Referenční hodnoty: normální: < 3 ng / ml patologické: > 5 ng / ml Maligní nádory - Adenokarcinomy GIT Nádory tlustého střeva a konečníku Nádory žaludku Plic Gynekologické nádory Nádory prsu Nádory dělohy Nemaligní příčina: Kuřáci Renální insuficience Benigní onemocnění Jater a žlučových cest Pankreasu Autoimunní onemocnění GIT Crohnova nemoc Ulcerosní kolitis Cévní
CA 19-9 Referenční hodnoty: normální: < 37 IU / ml patologické: > 50 IU / ml Maligní nádory: GIT - adenocarcinomy: pankreatu tlustého střeva a konečníku žluč. cest žaludku Ca plic Nemaligní příčina: Benigní onemocnění Jater žlučových cest pankreatu žaludku a střev Virová hepatitida Obstrukční ikterus
CA 72-4 Referenční hodnoty: normální: < 5 IU / ml patologické: > 15 IU / ml Maligní nádory: Adenokarcinomy GIT Ca žaludku Nádory jícnu Ca žlučových cest Ca pancreatu Nádory tlustého střeva Nádory prsu Ovariální karcinomy Nemaligní příčina: Onemocnění GIT: Jaterní cirhosa Akutní pancreatitis Vředová choroba žaludku Onemocnění plic: Akutní a chronická bronchitis Asthma bronchiale
CA 15-3 Referenční hodnoty: normální: < 20 IU / ml patologické: > 30 IU / ml Maligní nádory: ca prsu (ze žlaznatého epitelu) adenokarcinomy: ca ovárií ca plic ca endocervixu ca endometria Nemaligní příčina: chronické jaterní onem. chronické renální onem. infekce močových cest benigní onem. prsu autoimunitní onemocnění
CA 125 Referenční hodnoty IU/L : Maligní nádory: ca ovárií (nemucinosní) ca endometria ca endocervixu mesotheliomy Ca prsu ca pankreatu ca žlučových cest ca plic meta do serózních blan Normální do 28 Patologické nad 56 Remisní po ovarektomii pod 20 Nemaligní příčina: poškození mesothelia (operace, zánět) gravidita jaterní cirhóza benigní ovariální cysty Záněty v malé panvi u žen Záněty dýchacích cest
HE4 = human epididymis protein 4 HE4 antigen - vysoká exprese u serozního, endometroidního a clear-cell karcinomu ovaria není produkován mucinozním CA Fyziologická biologická funkce není známa
Alfa feto protein (AFP) Referenční hodnoty: Maligní nádory: z hepatocytu: hepatocelulární karcinom Germinativní původ: testikulární ca ovariální ca teratoblastomy ektop. uložené GIT žaludku pancreatu a žlučových cest normální: do 6 ng / ml patologické: nad 10 ng / ml Nemaligní příčina: hepatitis (akut. i chron.) chronický alkoholismus jaterní cirhosa m. Crohn gravidita Fetální abnormality (defekt neurální trubice)
CYFRA 21.1 Cytokeratinový fragment Maligní nádory: ca prsu kolorektální ca ca plic ca endometria Benigní onemocnění Zánětlivá Dýchacího ústrojí Endometria Autoimunní GIT Endokrinní
Tkáňový polypeptidický antigen (TPA) Tkáňový polypeptidický specifický antigen (TPS) Referenční hodnoty: normální: < 100 IU / l patologické: > 150 IU / l Maligní nádory: ca močového měchýře, ledvin ca prsu kolorektální ca ca žaludku ca plic ca v gynekologické oblasti ca štítné žlázy Nemaligní příčina: virové hepatitidy cholecystopatie záněty dýchacích cest
Thymidinkináza (TK) Referenční hodnoty: normální:< 5 IU / l hraniční: < 10 IU / l patologické: > 10 IU / l Maligní nádory: Maligní systémová onem.: akutní leukémie non-hodgkinské lymfomy, Hodgkin l. Nádory neuroendok. původu: malobuněčný ca plic melanoblastom Nádory CNS: astrocytomy Nádory GIT: Nemaligní příčina: Virové infekce: HSV, VZV, CMV, EBV Nedostatek vitamínu B 12 Psoriáza Revmatoidní arthritis Sarkoidóza Kolagenózy
SCC Referenční hodnoty: normální:< 1,5 IU / ml hraniční: < 2,5 IU / ml patologické: > 5 IU / ml Maligní nádory: gynekologie: ca děložního čípku ca vaginy ca vulvy Nádory plic: epidermoidní ca Nádory hlavy a krku Nemaligní příčina: benigní gynekologická onemocnění zánětlivé plicní procesy renální insuficience hepatopatie kontaminace jinými sekrety
Human chorio gonadotropin hcg Skládá se z a a b podjednotky, stanovuje se b-podjednotka Referenční hodnoty: normální:< 5 ng / ml hraniční: < 10 ng / ml patologické: > 10 ng / ml Maligní nádory: Nádory trofoblastu mola i choriokarcinom Germinativní nádory testes ovária ektopické germinat. nádory Nádory ektop. produk. hcg malobuněčný ca plic karcinomy mléčné žlázy Nemaligní příčina: gravidita fyziologická ektopická Mola hydatosa primární testikulární insuficience ovariální cysty myomy toxikomanie (marihuana)
Prostatický specifický antigen PSA Referenční hodnoty: normální: do 4 ng / ml hraniční: 4-10 ng/ ml patologické: nad 10 ng/ml Maligní nádory: ca prostaty Nemaligní příčina: hypetrofie prostaty masáž prostaty: vyšetření p.r. cévka retence moči zácpa
Frekvence Celkové PSA (tpsa) Muži zdraví a s BPH Cutoff Základní schéma < 4 ng/ml normální 4-10 ng/ml šedá zóna > 10 ng/mlpatologické Karcinom prostaty 0 2,0 4,0 10,0 ng/ml PSA až 25 % falešně negativních 60-70 % falešně pozitivních
Problémy screeningu, časné diagnostiky a volby optimálního léčebného postupu Nedostatečná specifita PSA Overdiagnosis (velké množství nadbytečných biopsií) Nedostatečné vyhodnocení agresivity Overtreatment (léčba indolentních nádorů)
Volné PSA Výskyt PSA v krvi: volný (fpsa): (10-40%) vázaný: (70-90%) chymotrypsin makroglobulin (0.1%) Význam stanovení volného PSA: Odlišení benigní vs. maligní etiologie hypetrofie prostaty: % podíl volné PSA maligní onem. prostaty: % podíl volné PSA
% Zastoupení složek volného PSA
% výskyt Stanovení poměru fpsa:tpsa (1786 pac. ve FN Plzeň) % fpsa / tpsa
PHI- index zdravé prostaty (Prostate Health Index) V ČR od r. 2010 na trhu -2 propsa není hrazen ZP Výpočet kombinace 3 markerů ([-2]proPSA/fPSA)* tpsa Stanovení prováděna chemiluminiscenční metodou na přístroji DxI 800 Instrument (Beckman Coulter, USA).
Biologický materiál ke stanovení nádorového markeru Biologické tekutiny Krev (Sérum, plasma) Výpotky (ascites, pohrudniční výpotek) Tkáně: Tkáň nádoru Tkáň z okolí nádor (nepostižená nádorem) Uzlina Metastáza
Předpoklady správné interpretace výsledku Preanalytika Správný odběr, transport, skladování vzorku Analytika Zajistí laboratoř optim. metodika, kvalita kontroly Interpretace v souladu s klinikou Znalost metabolismu, vylučování, interference!!! nutná interdisciplinární spolupráce!!!
Screening: Diagnostika: Klinické využití nádorových markerů primární: lokalizace tumoru: staging: Prognóza: Monitorování onemocnění:
Nádorové markery při monitorování onemocnění Monitorování prekanceróz Monitorování terapie: Před léčbou: výchozí hodnoty Po léčbě: účinek léčby V průběhu remise: dg. recidiv
Příčiny nesprávné interpretace markerů nesprávné pozitivní hodnocení nesprávné negativní hodnocení nesprávný způsob dlouhodobého sledování
Nemaligní onemocnění Nesprávné pozitivní hodnocení Orgánová specifita zanedbání biologického poločasu nádorového markeru
Biologický poločas nádorových markerů Dny: CEA 7 14 TPA 7 8 CA 15-37 8 CA 19-94 6 AFP 5 CA 125 2 6 PSA 2 TK 2 hcg 1 Hodiny: fpsa 7 PAP 2 b-hcg 1 b2m 0,7 SCC 0,3 PRL 0,3 ACTH 0,2 CT 0,1
Nesprávné negativní hodnocení Porucha produkce markeru (např. CA 19-9) opožděný přestup z tkáně do tělních tekutin nesprávná indikace vyšetření orgán histologie nádoru stupeň zralosti nádoru Analytická chyba Laboratorní chyba Nedostatečná citlivost zvolené metodiky
Nesprávný způsob dlouhodobého sledování pravidelný časový interval vhodná kombinace nádorových markerů sledování absolutních hodnot (důležitá je změna koncentrace)
Závěr Ideální nádorový marker pro screening či primární diagnostiku neexistuje Zásadní je správná indikace a znalost faktorů, které hladinu markeru ovlivňují Interpretace často vyžaduje interdisciplinární spolupráci
Děkuji za pozornost Praha 17. května 2007 Revmatologický ústav
Biomarker Každý parametr charakterizující živý organizmus, který je možno objektivizovat. Vyjádřit hodnotu pomocí veličiny.
Podle Biomarkery - dělení Techniky, jakou je určován fyzikálně-chemické charakteristiky klinického významu Rizikový faktor Diagnostický Prognostický Prediktivní využitelnosti v rutinní praxi Hodnocení statistickými metodami
Typy biomarkerů příklady Parametry Klinického stavu Charakteristiky nádoru - TNM klasifikace Zobrazovacích technik Biochemické parametry Histologické a imunohistochemické Genetické parametry
Analýza biomarkeru Screening Detailní analýza Jednoparametrová analýza Víceparametrová analýza Jednostupňová Vícestupňová
Hodnocení spolehlivosti biomarkeru Reprodukovatelnost Přesnost Referenční meze Lidský faktor
Biologická aktivita nádoru a její určovaní
Stádia nádorového procesu Stádium 1 Malý avaskulární nádor Výživa nádoru difúzí Stádium 3 Růst nových cév Vaskularizace tumoru Stádium 5 Výsev vzdálených metastáz Stádium 2 angiogenní faktory pučení nových cév Stádium 4 Invaze nádor. buněk skrz cévní stěnu Tvorba nádorových embolů
Nádorové markery x Biologická aktivita Nádorové markery: látky nehomogenní biochemické struktury mění svou koncentraci v závislosti na: povaze růstu nádorových buněk Funkce: ve fetálním období (AFP transportní funkce) často neznámá Parametry biologické aktivity: jsou zároveň parametry jiných onemocnění: zánětlivá onemocnění ateroskleróza autoimunitní choroby (UC, SLE, apod.)
Vývoj nádoru Stádium 1 Asymptomatické Na buněčné úrovni genet. změny, množení nádorových buněk Genové aberace, mutace, polymorfizmy Stádium 2 Časná stadia - klinická manifestace Angiogeneze a buněčná proliferace Metaloproteinázy, angiogenní faktory, růstové faktory Proliferační markery, cytokeratiny, enzymatické markery Stadium 3 Stadium II a III - rozvoj nádorového onemocnění Invazivita Angiogenní faktory, růstové faktory Onkofetalní markery, proliferační markery, enzymatické, cytokeratinové
Vývoj nádoru II Stádium 4 Stadium IV generalizace onemocnění Interakce v cévním řečišti a embolizace Adhezivní molekuly, fibrinogen, plazminogen Cirkulující nádorové buňky, cirkulují DNA Adheze k bazální membráně cévní stěny Adhezivní molekuly, metaloproteinázy Extravazace Metaloproteinázy, cytokiny, angiogenní faktory Cytokeratinové markery Stádium 5 Stadium IV Vzdálené metastázy Vznik a růst metastázy Adhezivní molekuly, angiogenní faktory, metaloproteinázy, cytokeratinové nádorové markery, onkofetalní?
Tradiční NM Z historie nádorových markerů 1928 Ascheim a Zondek hcg 1957 Bjorklund TPA 1963 Abelev AFP 1965 Gold CEA 1977 Kato a Torigoe SCC 1979 Koprowski CA 19-9 1979 Wang PSA 1981 Bast CA 125 1983 Kufe CA 15-3 Parametry biol. aktivity 1983 Barsky 1991 Bara MMP FGF
Kritéria ideálního laboratorního nádorového markeru Charakteristika Nádorově specifický Orgánově specifický Vysoké koncentrace v tělesných tekutinách Koreluje S agresivitou nádoru S velikostí nádoru Se stádiem onemocnění S prognózou S účinností terapie
Biologický poločas nádorových markerů Dny: CEA 7 14 TPA 7 8 CA 15-3 7 8 CA 19-9 4 6 AFP 5 CA 125 2 6 PSA 2 TK 2 hcg 1 Hodiny: fpsa 7 PAP 2 b-hcg 1 b2m 0,7 SCC 0,3 PRL 0,3 ACTH 0,2 CT 0,1
Klinické využití nádorových markerů Screening Diagnostika Typ a rozsah operace Monitorování průběhu onemocnění Predikce relapsu a progrese onemocnění Prognóza s ohledem na DFI a OS Predikce a monitorování efektu terapie
Nádorové markery při monitorování onemocnění Monitorování prekanceróz Monitorování průběhu onemocnění Individuální bazální hodnota Dynamika vývoje (remise, stable state, progrese) Monitorování terapie: Před léčbou: výchozí hodnoty Po léčbě: účinek léčby
Využití nádorového markeru k diagnostice recidivy CEA nádorový marker relapsu (muž 73 let, kolorektální ca) klinická manifestace operace klinické vyš. neg.
Nesprávný negativní výsledek Porucha produkce markeru (např. CA 19-9) opožděný přestup z tkáně do tělních tekutin nesprávná indikace vyšetření orgán histologie nádoru stupeň zralosti nádoru Analytická chyba Laboratorní chyba Nedostatečná citlivost zvolené metodiky
Metodiky stanovení biologické aktivity Rutina Patologické metody Cytologie Histologie Imunohistochemie - markery, receptory Laboratorní techniky Imunoanalýza nádorové markery
Parametry v klinické praxi Výzkum MMP: MMP 2, 9 časná detekce metastat. procesu (CRC, Ca prsu, prostaty, plic) MMP 7 nezávislý nepříznivý faktor u ca kolorekta Adhezivní molekuly: E-selektin, VCAM-1, ICAM-1 časná detekce distančních metastáz Faktory angiogeneze: Leptin, VEGF, FGF, HGF, IL-12 Faktory apoptózy: Adiponektin
Metodiky stanovení biologické aktivity Výzkum Průtoková cytometrie Imunoanalýza (Klasické NM, MMP) Multiplexová analýza Metody molekulární biologie PCR, RT-PCR, OSNA DNA microarray Proteomika
Závěr Cíle v rutinní praxi : časná diagnostika, stanovení agresivity nádoru, prognózy onemocnění, monitorace a optimalizace léčby Cíle ve výzkumu : Prohlubování znalostí o biologické aktivitě nádoru objasnění etiopatogeneze nádorového onemocnění Diagnostika a léčba - přechod od empirie ke kauzalitě
Parametry stanovení biologické aktivity nádoru Protoonkogeny (u hered. nádorů - 5%) Matrix metaloproteinázy Adhezivní molekuly Skupina látek regulující angiogenezi: Angiogenní faktory Antiangiogenní faktory Faktory apoptózy
Matrix metaloproteinázy Proteolytické enzymy Funkce: degradace bazální membrány a cytoskeletu, podpora intra- a extravazace, angiogeneze i migrace buněk 4 skupiny: kolagenázy, gelatinázy, stromelysin, MMP membránového typu) X TIMP (inhibitory) Stabilizace membrán, antagonistický účinek Význam: terapeutická intervence (Bay 12-9566)
Faktory regulující angiogenezi Angiogenetický switch (= angiogenní zvrat: vlivem hypoxémie mutace p53, trombospodin, vzniká nový fenotyp, VEGF, neovaskularizace) Angiogenní faktory: MMP, TNF-a, growth factors (VEGF, FGF, HGF) Antiangiogenní faktory: Angiostatin, Interferon (a, b), antiangiogenní interleukiny (IL-12, IL-18), endostatin
Matrix metaloproteinázy Proteolytické enzymy Funkce: degradace bazální membrány a cytoskeletu, podpora intra- a extravazace, angiogeneze i migrace buněk 4 skupiny: kolagenázy, gelatinázy, stromelysin, MMP membránového typu) X TIMP (inhibitory) Stabilizace membrán, antagonistický účinek Význam: terapeutická intervence
Adhezivní molekuly Látky imunoglobulinového typu (cca 70) Funkce: Fyziologická: embryogeneze, imunitní reakce, reparace poškozených tkání Patologická: Aktivace endotelu, adheze agregátů buněk a destiček k endotelu 4 skupiny: integriny, selektiny, imunoglobuliny (ICAM, VCAM), kadheriny, molekuly CD 44
Faktory apoptózy Apoptóza (programovaný zánik buňky) fyziologický proces X nekróza Exprese genu narušení apoptózy selekce neoplastických buněk (např. Bcl2) Adiponectin