Verbesserung der Krebsbehandlung durch wissenschaftliche Infrastruktur: Biobanken

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1 Verbesserung der Krebsbehandlung durch wissenschaftliche Infrastruktur: Biobanken Univ.-Prof. Berthold HUPPERTZ Direktor, Biobank Graz Leiter, Organisationseinheit für Forschungsinfrastruktur Stv. Leiter, Institut für Zellbiologie, Histologie und Embryologie Medizinische Universität Graz

2 Definition von Biobanken Schweden Daten??? Einwilligung??? USA July 6, 2016; NIH Biobank A biobank is a repository that stores and manages biological samples known as biospecimens for use in research.

3 Definition von Biobanken Einrichtungen für die systematische Sammlung, Lagerung und Ausgabe von hochqualitativen biologischen Proben und ihrer assoziierten (klinischen) Daten für die Forschung, eingebettet in ein ethisches und legales Rahmenwerk. Sammlung Datenbank Biologische Proben klinische Daten Gewebe Blut Zellen andere Körperflüssigkeiten DNA RNA etc. Proteine Probendaten Forschungsdaten etc. Daten-Sicherheit und Daten-Schutz! Keine Notwendigkeit von persönlichen Daten

4 Der Zyklus der translationellen Forschung: Biobanken sind essentiell für Lösungen Investigative Modelle PatientInnen als PartnerInnen Modelle humaner Krankheiten Forschungsfragen Technologie-Transfer Biobank Gewebe, Zellen, Flüssigkeiten & Produkte und Daten Translationeller Forschungs- Zyklus Tools Nanotechnology, Genetics, Genomics, Proteomics, Imaging, Physiology, Biophysics, Biochemistry, Informatics, Sociology, Epidemiology, Statistics Pathophysiologische und soziobiologische Prozesse Identifizierung von neuen Markern und Targets Adaptiert von Bruce McManus, Univ. Br. Columbia, Kanada Biomarker oder Target Validierung Multi-Population Assessment, High-throughput Screening, Clinical Trials

5 Die Herausforderung Anfrage - Erwartungen Request - Mamma Proben Gewebe/Blut/andere Körperflüssigkeiten Brustkrebs, Blutproben DNA+Serum (1 PatientIn) CA/normales Gewebe (1 PatientIn) ICD10/0, TNM, Rec. Status. Gewebe (CA/N)+DNA+Serum Longitudinale Proben Metastasen-Gewebe Behandlungsdaten Labordaten zur Behandlung Lifestyle + Familienanamnese Outcome (1,3,5,10 Jahre) Realität 7,5 Mio 5/1,8/0,7 Mio (Serum) ,423,306,267 Qualität? 5

6 Probensammlung Zeit 0 Probe ist lebendig und biologisch (re-)aktiv Molekulare Zusammensetzung unterliegt weiterer Veränderung/Degradation PatientIn Medizinische Prozedur Sammlung Handling/ Processing Lagerung Verteilung Wiss. Analyse Wissensvermehrung Pre-Analytics Prä-Sampling Post-Sampling

7 Variablen Post-Sampling Variablen: Zeit zwischen Sammlung und Fixierung Temperatur während des Transports Art der Fixierung Zeit im Fixativ Einfrierprozedur Volumen des Aliquots Art des Behältnisses des Aliquots Extraktionsmethode für Biomoleküle Lagertemperatur Lagerdauer Zahl der Freeze-Thaw Zyklen Es können nicht alle Variablen kontrolliert werden, aber es können möglichst viele dokumentiert werden!

8 Variablen beeinflussen die Ergebnisse Effekte auf den klinischen Ausgang Möglichkeit einer falschen Diagnose Artefakt in der Morphologie / bei der Immunfärbung Veränderungen der Ergenisse in der klinischen Chemie Möglichkeit einer falschen Behandlung Die Therapie ist direkt an einen diagnostischen Test einer Probe gekoppelt (z.b. HER2, Brustkrebs) Miss-Interpretation von Artefakten als Behandlungsoptionen

9 Variablen beeinflussen die Ergebnisse Effekte auf den wissenschaftlichen Ausgang Nicht reproduzierbare Ergebnisse Variationen in Gen-Expressions Daten Variationen in Daten der post-translationellen Modifikationen Variationen in den Konzentrationen von Biomarkern (höher und niedriger) Probenqualität Assay Qualität Miss-Interpretation von Artefakten als Biomarker Ignorieren eines guten Biomarkers aufgrund der Wahl von schlechten Proben/Analyse-Technologien

10 Problem der heutigen Archive Schlecht beschriebene Proben führen zu Verwirrung und möglicherweise Fehlidentifizierung. Identifizierung der Proben! Mehrdeutige Beschriftungen: S05, 50S, 505, SOS? Specimen tracking: Helping prevent misdiagnosis Author: Mikko Rasanen

11 Problem der heutigen Archive Jedes Jahr werden alleine in Laboratorien der USA etwa sieben Milliarden Proben getestet. Dies ist ein kritischer Teil des Diagnoseprozesses, der etwa 70% aller medizinischen Entscheidungen ausmacht. Alarmierenderweise geht man davon aus, dass bis zu PatientInnen jedes Jahr in US Krankenhäusern sterben - durch vermeidbare medizinische Fehler. Damit ist die Fehldiagnose die 8- häufigste Todesursache in den USA, noch vor Verkehrsunfällen, Brustkrebs und AIDS. Einer der häufigsten und vermeidbaren Gründe, die zu einer Fehldiagnose führen, kommt von einem erstaunlicherweise einfachen Schritt im Prozess der Beschriftung von Gewebeproben. Specimen tracking: Helping prevent misdiagnosis Author: Mikko Rasanen, Leica Biosystems 01/2016

12 Biobank Graz: Beschriftung Kryo-Gefäße (-150 C) Gefäße für Flüssigproben (-80 C) 2D Data Matrix Codes FFPE Blöcke Gewebe-Schnitte (RT)

13 Schlussfolgerungen Für die biomedizinische Forschung und damit für die Verbesserung der Behandlung sind Anzahl und Qualität der Proben und Daten von entscheidender Bedeutung. Hinzu kommt, dass Datenqualität, Datensicherheit und Datenschutz im Einklang mit ethischen und rechtlichen Vorgaben sein müssen. Die Probenqualität muss während der gesamten präanalytischen Phase erhalten bleiben. Zu viele wissenschaftliche Publikationen mit Proben geringer Qualität sind bereits veröffentlicht worden und behindern die Beantwortung weiterer Fragestellungen.

14 Herzlichen Dank! GZ /0016-II/3/2013

15 Der Weg von der translationellen Forschung zur klinischen Implementierung Analytische Validierung - Technische Machbarkeit und Optimierung - Misst der Test, was wir sagen? Klinische Validierung - Diagnostische Genauigkeit - Misst der Test einen Wert, der mit einem klinischen Parameter verknüpft ist? Sensitivität (falsch negativ) Spezifität (falsch positiv) Klinischer Nutzen Wird der Test eine klinische Entscheidung verbessern? Ist der Test kosteneffizient?