Exploring the potential of MALDI imaging mass spectrometry for personalized biomarker analysis in triple-negative breast cancer patients.
Final Report Abstract
Durch vergleichende (Triple-Negativem versus Triple-positivem Mammakarzinom) zellexperimentelle Ansätze, molekularer Analysen humaner Brustkrebsgewebe mittels Bildgebender Massenspektrometrie, Immunhistochemie, Bildanalyse und maschinellem Lernen wurde das zentrale Projektziel der Identifizierung neuer Krebsbiomarker erreicht, die uns helfen können, maßgeschneiderte Therapieoptionen beim Brustkrebs zu erstellen. Zum Zeitpunkt unserer Untersuchungen gab es noch erhebliche Unterschiede zwischen den in verschiedenen Laboren erhobenen Daten. Als Reaktion darauf haben wir uns im Projektteil der Bildanalyse auf die Entwicklung von Lernverfahren konzentriert, welche mit wenigen bzw. schwachen Labeln trainiert werden können. Hier haben wir best-of-class Verfahren entwickelt und einige davon auf den kompetitivsten internationalen Konferenzen veröffentlicht. Das Forschungsprojekt hat in besonderem Maße von methodischen Weiterentwicklungen im Bereich der Bildgebenden Massenspektrometrie profitiert, die an den Patientenkohorten dieses Projekt angewandt wurden. Dazu zählen insbesondere Verfahren der hochauflösenden Bildgebenden Massenspektrometrie, die aufgrund der Förderung eines MALDI-FT-ICR Massenspektrometers durch die DFG möglich wurden. Mit diesem Großgerät für die Bildgebende Massenspektrometrie konnten wir das Spektrum an Analyten um zahlreiche Klassen von Biomolekülen in Geweben, etwa Metabolite, erweitern. Insbesondere konnten wir die Anwendung eines Verfahrens an formalinfixierten Archivgeweben, die eine zentrale Rolle in der Diagnostik und Forschung beim Brustkrebs spielen, für eine perspektivische Routinediagnostik etablieren. Mit diesem Verfahren können nun kleinste prätherapeutische Biopsien von Brustkrebspatientinnen sowie anderen Tumorentitäten molekular analysiert werden (Pressemitteilung Helmholtz Zentrum München, https://www.helmholtzmuenchen.de/aktuelles/uebersicht/pressemitteilungnews/article/35346/index.html). Die im Projekt durchgeführten Messungen mittels Bildgebender Massenspektrometrie an Triple-Negativen und Triple-Positiven Brustkrebsgeweben waren Ausgangspunkt für die Analyse von interund intratumoraler Heterogenität, die einen entscheidenden Einfluss etwa auf das tumorbiologische Verhalten oder das Therapieansprechen beim Brustkrebs nimmt. Durch Heterogenitätsanalysen mittels Bildgebender Massenspektrometrie und Clusteralgorithmen lassen sich distinkte Tumorzellsubpopulationen in Krebsgeweben durch komplexe Molekülmuster gegeneinander abgrenzen. Dieses „De novo Discovery“ benötigt im Gegensatz zu bisherigen in-situ Analysen der Tumorheterogenität keine Vorannahmen zu Molekülen. Diese Vorgehensweise überkommt die einfache Vorstellung eines einzelnen Biomarkers und setzt demgegenüber tumorbiologische distinkte Tumorzellsubpopulationen als organische entstandene Biomarker. Diese Analyse der inter- und intratumoralen Heterogenität haben wir in Patientenkohorten von Brustkrebsfällen dieses Projektes angewandt. Dabei haben wir uns insbesondere dafür interessiert, welche Tumorzellsubpopulation mit dem Ereignis einer lokalen Metastasierung assoziiert sind. Wir haben dabei eine „Agreement Clusteranalyse“ an Primärtumoren durchgeführt und konnten zeigen, welche Tumorzellpopulation des Primärtumors mit der lokalen Metastasierung assoziiert ist. Dieser Ergebnisse sind im Journal of Pathology publiziert und wurden im Januar dieses Jahres (2017) mit dem "The Journal of Pathology Jeremy Jass Prize for Research Excellence" ausgezeichnet und damit als beste Publikation in 2015 ausgewählt und als richtungsweisend für die Erforschung von Tumorheterogenität bewertet. Das Forschungsprojekt am Triple-Negativen Brustkrebs hat demnach die angestrebten Projektziele erreicht und wurde darüber hinaus zu einem Impulsgeber für methodische Weiterentwicklungen der Bildgebenden Massenspektrometrie, die sich perspektivisch in die klinische Routinediagnostik etwa zur Therapieprädiktion anwenden lassen.
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