Back to top

Sneller een precieze kankerdiagnose met optische genoom-mapping

8 december 2021

Op campus Sint-Jan beschikt onze dienst Laboratoriumgeneeskunde sinds kort over een hoogtechnologisch toestel dat gebruikmaakt van een nieuwe techniek, met name ‘optische genoom-mapping’ (OGM). Het Bionano Saphyr-toestel kwam er met de steun van het Wetenschappelijk Fonds Hematologie vzw en biedt een belangrijke aanvulling op de huidige genetische testen voor kankerdiagnostiek.

V.l.n.r: moleculair bioloog Friedel Nollet, dr. Barabara Cauwelier, moleculair bioloog Merijn Vanhee en dr. Helena Devos (niet in beeld: bio informatici Matthijs Vynck en Lode Sibbens)
 

Gloednieuw toestel voor DNA-onderzoek

Met het nieuwe Bionano Saphyr-toestel kunnen we de chromosomen in menselijke cellen bestuderen. In deze chromosomen zit de genetische code van een cel opgeslagen. De OGM-technologie maakt het mogelijk om onregelmatigheden in de structuur van die chromosomen op te pikken: verlies (deletie) of verdubbeling (duplicatie) van chromosomaal materiaal of verschuivingen binnen het chromosoom zelf of tussen chromosomen onderling (translocatie). Ook zogenaamde ‘aneuploïdie’, volledige chromosomen die verdwenen zijn of de aanwezigheid van extra chromosomen, maakt deze techniek zichtbaar. Het zijn dergelijke beschadigingen in het DNA die aan de basis liggen van het ontstaan van kanker.

Het Bionano Saphyr-toestel
Het Bionano Saphyr-toestel

Een soort van streepjescode

Een OGM-onderzoek gebeurt op een bloed- of beenmergstaal of op een klein stukje tumorweefsel (een biopt). Uit de cellen in zo’n staal isoleren we hele lange DNA-strengen. Vervolgens voegen we aan het DNA een fluorescerende kleurstof toe die zich op specifieke posities aan de DNA-code bindt. Verspreid over het volledige genoom, dat uit een code van 3,2 miljard lettertjes bestaat, worden zo ongeveer 500.000 labeltjes gehangen. Hierna ziet het DNA eruit als een soort van streepjescode, die het Bionano Saphyr-toestel kan uitlezen.

Een chromosomenkaart

Het toestel leest het DNA niet eenmaal, maar tot meer dan 300 keer volledig uit. Zo kunnen we ook afwijkingen oppikken die maar in een minderheid (tot 5%) van de tumorcellen aanwezig zijn. Op basis van die uitlezingen wordt een chromosomenkaart samengesteld, waarop de verschillende afwijkingen zichtbaar worden. Via gesofisticeerde bio-informatica-analyses worden deze geïnterpreteerd en in een rapport gegoten. Dit levert de behandelende arts waardevolle informatie op, zowel voor de precieze diagnose en de prognose als voor gerichte behandeling van de ziekte.


Fluorescente labeling (groen) van lange DNA-strengen (blauw) leidt tot een soort van streepjescode die het Bionano Saphyr-toestel kan uitlezen. 

Sneller en nauwkeuriger

Het grote voordeel van de OGM-techniek laat zich vooral voelen ten opzichte van de klassieke microscopische chromosomenkaart die we vandaag nog vaak gebruiken. Zo’n klassieke ‘karyotypering’ is tijdrovend omdat we de stalen eerst in kweek moeten brengen en de interpretatie van het resultaat moeilijk en niet altijd even nauwkeurig is. Alles samen duurt dit al snel een drietal weken. Bij OGM duurt staalvoorbereiding een tweetal dagen, de uitlezing door het Saphyr-toestel ongeveer 24 à 48 uur en de data-analyse enkele uren. Er is dus binnen de week een resultaat dat een stuk nauwkeuriger is dan bij een klassiek karyogram.

Drie technieken in één

Net als karyotypering geeft een OGM-analyse een totaalbeeld van het chromosomaal materiaal, maar dan veel sneller en nauwkeuriger. Andere genetische technieken, zoals ‘shallow whole genome sequencing’ of ‘FISH’ leveren ongeveer even snel resultaat op, maar geven een veel minder volledig beeld: shallow whole genome sequencing laat enkel toe om een teveel of een tekort aan chromosomaal materiaal vast te stellen. Eventuele translocaties blijven hierbij onopgemerkt. Met FISH kan je die wel opsporen, maar enkel als je zeer gericht op zoek gaat naar één bepaalde translocatie of deletie. De informatie die je zo verkrijgt, blijft dus vrij beperkt. Een OGM-analyse mag dan wel een stuk duurder zijn dan de andere technieken, ze levert wel vrij snel en in één enkele test een zeer volledig beeld op van de chromosomale afwijkingen. Op termijn kan OGM dus wellicht deze drie technieken samen, die elk op zich ook niet goedkoop zijn, vervangen.

Ook zeldzame afwijkingen

Een belangrijk onderdeel bij de diagnose van leukemie is translocaties opsporen. Dit doen we momenteel met een PCR-techniek en dit aan de hand van een lijst van de 28 meest voorkomende translocaties. Op die manier kunnen we zo’n 90% van de translocaties oppikken, maar de zeldzamere glippen tussen de mazen van het net. Met de OGM-techniek komen alle afwijkingen - dus ook deze die minder vaak voorkomen – aan het licht. Dat geeft ons het vooruitzicht dat we ook bij patiënten die een zeer zeldzame tumor hebben een correcte diagnose zullen kunnen stellen. Bovendien kan OGM nieuwe wetenschappelijke inzichten geven in hoe de zeldzamere kankertypes ontstaan.

Therapie op maat van de patiënt

OGM is dus de ideale technologie om allerhande gekende en minder gekende structurele variaties in het DNA van tumoren op te sporen. Maar deze techniek is niet bedoeld om de genetische code tot op de letter te gaan uitlezen. Daarvoor gebruiken we al enkele jaren een al even revolutionaire technologie: ‘next generation sequencing’ (NGS). De combinatie van NGS - dat het DNA controleert op kleine veranderingen - en OGM - dat grotere chromosoomafwijkingen opspoort - geeft een vrij volledig totaalbeeld van de onderliggende genetische oorzaken van de tumor. Met deze twee analyses samen kunnen we dus doeltreffender een precieze diagnose stellen. Op basis daarvan kunnen we voor onze patiënt een gepast therapeutisch beleid uitstippelen en een duidelijker prognostisch beeld van de ziekte verkrijgen, kortom: de diagnose en de behandeling steeds meer op maat van de patiënt afstemmen.

Op termijn verder uitbreiden

Wij zijn - samen met enkele universitaire ziekenhuizen – bij de eersten in België om optische genoom-mapping in huis te halen voor geavanceerde kankerdiagnostiek. We versterkten ons laboteam hiervoor met een moleculair bioloog die de mogelijkheden van de technologie ten volle zal uitzoeken. Eerst en vooral leggen we de focus op hematologische tumoren, binnen een onderzoeksproject van het Wetenschappelijk Fonds voor Hematologie vzw. Daarna volgt wellicht snel uitbreiding naar andere kankertypes.