63. ASH Annual Meeting & Exposition – ein Nachbericht

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Das 63. Annual Meeting & Exposition der American Society of Hematology fand vom 11. bis 14. Dezember statt – in diesem Jahr erstmals als hybride Veranstaltung. Das MLL-Team war mit insgesamt 13 Beiträgen digital vor Ort. „Das Annual Meeting der ASH ist für uns jedes Jahr ein absolutes Highlight. Hier werden die neusten Erkenntnisse aus der Grundlagen- und klinischen Forschung vorgestellt. Im Anschluss an den Kongress setzen wir uns zusammen und besprechen, welche Anpassungen unseres diagnostischen Angebots und der Interpretation unserer Befunde wir aufgrund der vorgestellten Daten vornehmen werden. Außerdem ist es spannend, welche Reaktionen wir auf die von uns vorgestellten Daten erhalten – das befruchtet die zukünftigen wissenschaftlichen Projekte sehr und lässt weitere Kooperationen entstehen“, sagt Prof. Dr. med. Claudia Haferlach, MLL-Gründerin und Geschäftsführerin.

Wesentliche Themen waren die kontinuierliche Verbesserung des heutigen Goldstandards sowie die Diagnostik von Morgen, die den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in Routine und Forschung ebenso umfasst wie genomweiten Methoden WGS (whole genome sequencing) und WTS (whole transcriptome sequencing). Wir haben alle diesjährigen ASH-Beiträge mit MLL-Beteiligung für Sie zusammengefasst.

Verbesserung diagnostischer Workflows in der Molekulargenetik und der Immunphänotypisierung

In der Molekulargenetik zeigen Walter et al., wie das diagnostische Spektrum des Next-Generation Sequencing (NGS) mithilfe eines Anreicherungsverfahren („Target Enrichment“) erweitert werden kann, um auch Heterozygotie-Verluste (CN-LOH, copy number neutral loss of heterozygosity) nachweisbar zu machen. Deren prognostische Bedeutung wird zunehmend erkannt. Für die Anreicherung kam ein kommerziell erhältliches Panel für die Detektion von Kopienzahlveränderungen zum Einsatz. In der Kombination von Target Enrichment und NGS konnten CN-LOH bei geringer Sequenziertiefe sensitiv und kosteneffizient nachgewiesen werden. In einer Patientenkohorte von 1.196 PatientInnen wiesen 10% mindestens ein CN-LOH auf, besonders häufig waren dabei 4q, 7q, 9p und 11q betroffen. Eine weitere Untersuchung von Hörmann et al. machte deutlich, dass die Erweiterung des NGS-Panels für myeloische Neoplasien um das PIGA-Gen auch in Nicht-PNH-Verdachtsfällen diagnostische und klinische Relevanz besitzt. In einer Kohorte von 20.320 PatientInnen, die mittels dieses Panels untersucht wurden, wurde bei 67 PatientInnen eine PIGA-Mutation gefunden. Von den 37 PatientInnen ohne PNH-Anamnese wurden 20 PatientInnen auch mittels Immunphänotypisierung untersucht, in der überwiegenden Mehrheit der Fälle (85%) war ein PNH-Klon nachweisbar. Hoch spezifisch für das Vorliegen eines PNH-Klons waren dabei trunkierende PIGA-Mutationen.

In der Immunphänotypisierung könnten Erkenntnisse aus einer prospektiven, multizentrischen Studie zur Optimierung der MDS-Diagnostik führen. MDS-PatientInnen zeigen aberrante Immunphänotypen, diese sind aber nicht durch einen einzigen charakteristischen Marker definiert, sondern können eine Vielzahl von Markern in verschiedenen Zelllinien betreffen. Erst in der Zusammenschau lässt sich beurteilen, ob die Befunde der Immunphänotypisierung vereinbar mit einer MDS-Diagnose sind. Wie Kern et al. zeigen, tragen nur 17 Marker signifikant zum durchflusszytometrischen MDS-Befund bei. Kann bei drei dieser Marker ein aberrantes Expressionsprofil festgestellt werden, so beträgt die Übereinstimmung mit der zytomorphologischen Diagnose bereits 80%. Die Daten deuten zudem darauf hin, dass die Blastengrenze, die aktuell bei >5% liegt und ebenfalls ein wichtiger Indikator für einen immunphänotypischen MDS-Befund ist, auf >3% korrigiert werden kann.

Mit künstlicher Intelligenz schnell und sicher zum Befund

Die Nutzung von KI bleibt ein wichtiges Thema am MLL und hatte auch dieses Jahr wieder bei der jährlichen ASH Konferenz einen hohen Stellenwert. Insgesamt wurden vier Beiträge zum Thema KI dort präsentiert, die alle wegweisend für die Anwendung von KI in der klinischen Routinediagnostik sind.

Innerhalb der Zytomorphologie wurden dieses Jahr zwei Projekte vorgestellt, die die Differenzierung von Blut- und Knochenmarkausstrichen automatisieren. In einer prospektiven Studie, vorgestellt von Haferlach, T. et al., wurden hierzu 10.082 Blutausstriche sowohl von hochqualifizierten MTA sowie einem vom Scan bis zur Auswertung voll automatisierten Tool, das zusammen mit MetaSystems und Amazon Sagemaker entwickelt wurde, analysiert. Die Übereinstimmung beider Analysemethoden lag bei enormen 95% für pathogene Fälle und wird zukünftig durch weiteres Training auch bei seltenen Zelltypen noch deutlich verbessert werden können. Auch die automatisierte Aufnahme von einzelnen Zellen aus Knochenmarkausstrichen konnte dieses Jahr erfolgreich durch Pohlkamp et al. etabliert werden – ein großer Schritt in Richtung automatisierter Einzelzellbild-Klassifikation, Remote-Diagnosen und Bildergalerien zur menschlichen Überprüfung und Revision. Die automatische Klassifikation von Knochenmarkausstrichen wird sich durch Echtzeittraining anhand dynamischer Datensätze rasant weiterentwickeln.

Bei der Immunphänotypisierung ist es inzwischen möglich, Rohdaten aus durchflusszytometrischen Matrizen mittels KI zu analysieren und auszuwerten, wie das Projekt von Bellos et al. zeigt. Dafür wurden bereits verschiedene Modelle maschinellen Lernens eingesetzt: XGBoost, weighted SVC und LinearSVC, hierarchical model und AutoGluon. Dabei konnten bemerkenswerte R- und P-Werte erreicht werden. Hier wird der Fokus in Zukunft neben der Verbesserung bestehender Modelle auch auf der Identifikation weiterer Subentitäten sowie der Applikation von transferiertem Lernen liegen, um die universelle Nutzung des Tools für Durchflusszytometriedaten zu ermöglichen.

Ein spannendes Projekt wurde auch im Bereich der Molekulargenetik von Nadarajah et al. vorgestellt, in dem WGS und WTS Daten von einem KI Tool interpretiert werden. Das Ziel ist hier eine finale Diagnose zunächst ohne menschlichen Input vorherzusagen. Die Komplexität solcher Daten übersteigt die Möglichkeiten rein manueller Analysefähigkeiten, sodass ein KI Tool den Verlust von Daten kompensieren kann. Insgesamt wurde eine Präzision von 85% erreicht, wobei schwer zu unterscheidende Entitäten wie MGUS/MM oder MDS-EB-2/AML/CMML eine große Rolle spielen. In unabhängigen Tests konnte bei klar definierten Entitäten eine Präzision von bis zu 100% erreicht werden. Das Tool wird über eine Web-Applikation erreichbar sein. Durch eine verständliche Visualisierung werden die Ergebnisse der automatischen Entscheidungen transparent dargestellt, wodurch die Nachvollziehbarkeit für Anwender sichergestellt wird.

WGS und WTS – Wissensgewinn und der Weg in die Routinediagnostik

WGS und WTS vereinen die diagnostischen Disziplinen der Chromosomenbänderungsanalyse (CBA), der Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) und der Molekulargenetik. Wie auch die CBA erlauben WGS und WTS genomweite Einblicke – aber mit einer basengenauen Auflösung. Wie die bereits vorgestellte Studie von Nadarajah et al. unterstreicht, ist die genetische Charakterisierung durch die genomweiten Methoden so umfassend, dass sie bereits heute, unterstützt durch KI, eine Klassifizierung von Krankheiten ermöglicht. Gleichzeitig verbessert die Forschung an genomweiten Daten unser Wissen um pathogenetische Mechanismen.

So ist beispielsweise für verschiedene Neoplasien ein prognostisch negativer Einfluss von TP53-Aberrationen (durch Mutationen, Deletionen bzw. CN-LOH) beschrieben und validiert. In einer großen Kohorte von 4.646 PatientInnen untersuchten Stengel et al. systematisch die Frequenz und Zusammensetzung von TP53-Veränderungen sowie deren klinischen Einfluss über 29 Neoplasien hinweg. Diese wurden bei 13% detektiert, wobei sich eine generelle Assoziation zwischen lymphatischen Entitäten und TP53-Aberrationen zeigte. Für die gesamte Kohorte war zudem ein klarer Zusammenhang zwischen TP53-Veränderungen und einem komplexen Karyotyp nachweisbar. Für HGBL, MZL und T-NHL beeinflusste eine TP53-Aberration das Gesamtüberleben nicht. Bei PatientInnen mit MCL und MPAL bestand ein negativ prognostischer Einfluss, dieser war jedoch unabhängig davon, ob ein oder beide Allele („double hit“) betroffen waren. Für die verbleibenden Entitäten verkürzte die Anwesenheit einer TP53-Veränderung das Gesamtüberleben, dieser Effekt verstärkte sich für Fälle mit double hit. Einen interessanten Einblick in die biologischen Konsequenzen von TP53-Mutationen liefert die Studie von Wahida et al. Hierfür wurde die Telomerlänge und die Telomeraseaktivität mittels WGS bzw. WTS bei PatientInnen mit AML, MDS und PNH untersucht und mit Daten gesunder Probanden verglichen. Aufgrund des hohen Replikationsstresses, dem stark proliferierende Tumorzellen ausgesetzt sind, stellen stark verkürzte Telomere i.d.R. ein Krebs-Charakteristikum dar. Entgegen dieser Erwartung wurden in einer Untergruppe der AML-Kohorte verlängerte Telomere gefunden und eine Assoziation zu TP53-Mutationen festgestellt. Ferner bestand eine Korrelation zwischen Telomerlänge und TP53-Mutationslast sowie Telomeraseaktivität und TP53 mRNA-Level.

Eine diagnostische Lücke könnte durch WGS geschlossen werden. Mikrodeletionen können bislang weder über Sequenzierung noch mittels Chromosomenanalyse detektiert werden, einzig der Einsatz von FISH-Sonden erlaubt ihre gezielte Detektion, aber kein umfassendes Screening. Dass sich dies mittels WGS realisieren lässt, zeigt der Abstract von Baer et al., für den verschiedene myeloische Entitäten auf Mikrodeletionen hin untersucht wurden. RUNX1 und TET2 waren hiervon am häufigsten betroffen. Weitere Deletionsmutationen wurden hauptsächlich für Gene nachgewiesen, für die auch ein loss-of-function Profil aus den myeloischen Neoplasien bekannt ist. Mikrodeletionen stellen so neben Mutationen einen weiteren Mechanismus dar, wie es zum funktionellen Genverlust kommen kann.

Lassen sich WGS und WTS aber an dem bisherigen Goldstandard messen und somit auch in der Routine einsetzen? Die Abstracts von Haferlach, C. et al., Truger et al. und Hörmann et al. geben für ein Spektrum verschiedener Entitäten eine eindeutige Antwort. Für akute Leukämien und das multiple Myelom zeigt sich eine hohe Übereinstimmung zwischen Befunden aus der Routinediagnostik und WGS/WTS. Mittels genomweiter Methoden nicht detektierte Veränderungen waren in der überwiegenden Mehrheit auf geringe Klongrößen bzw. geringe Mutationslast rückführbar. Darüber hinaus sind Vervielfältigungen des gesamten Chromosomensatzes (z.B. Tetraploidie) mittels WGS nicht abbildbar. Dem gegenüber stehen die Vorteile der genomweiten Methoden. Im Falle der ALL beginnen diese bereits in der Probenaufarbeitung - während die geringe in vitro Proliferation der ALL-Zellen einen limitierenden Faktor für die Zytogenetik darstellt, genügen für WGS und WTS aufgereinigte Nukleinsäuren. Darüber hinaus lassen sich mittels WTS die ALL-Subtypen der Philadelphia-like ALL und der ALL mit DUX4-Rearrangement leicht identifizieren, aber mit dem bisherigen Goldstandard nur schwer abbilden. Gleichzeitig konnten über WGS/WTS seltene und zytogenetisch kryptische Rearrangements sowie zahlreiche chromosomale Veränderungen zusätzlich detektiert werden. Nicht zuletzt ermöglicht WGS durch die Information über den Mutationsstatus auch die Suche nach Diagnose-, Prognose- und Therapie-relevanten molekulargenetischen Markern. Für die Mastozytose konnte die charakteristische KIT D816V Mutation mittels WGS nur bei 21% der PatientInnen nachgewiesen werden, auch hier ist die generell geringe Mutationslast als Ursache zu vermuten. Auch für das Beispiel der Mastozytose lag jedoch der klare Vorteil der genomweiten Methoden in der umfassenden genetischen Charakterisierung, für 46% der PatientInnen konnte mindestens eine nicht-KIT-Mutation detektiert werden und für 21% zytogenetische Aberrationen. Die detektierten Veränderungen nahmen Einfluss auf die Prognose, das kürzeste Gesamtüberleben zeigten PatientInnen mit nicht-KIT-Mutation und chromosomaler Veränderung. Lag lediglich ein Aberrationstyp (Mutation oder chromosomale Veränderung) vor, war das Überleben jedoch gegenüber PatientInnen ohne Aberrationen bereits verringert.

Sie interessieren sich für weitere Beiträge und Themenschwerpunkte des MLL im Rahmen der ASH-Conference? Hier geht es zum Nachbericht des ASH Annual Meetings 2020. Alle Informationen rund um die American Society of Hematology finden Sie hier.