宋宇軒 (Willie) 特殊生化組 2018/03/28 1 Topics 液態腫瘤切片 基因科技的趨勢與應用 基因檢測市場 22 Precision Medicine / Personalized Medicine To enable a new era of medicine through research, technology, and policies that empower patients, researchers, and providers to work together toward development of individualized care. President Obama, January 30, 2015 3 Precision medicine: right drug, right patient, right time and dose 4 Preventive/Precision Medicine In UCL History 2005 2012-2016 5HTT genotyping NGS & ARRAY PCR Roche 454 ; DNA ARRAY 5 SNP Genetic Risk Assessment of Cancer Susceptibility Metabolic and Degenerative Diseases Susceptibility 2005 2017-Future Apo E genotyping NGS PCR-RFLP Ion S5 System : NIPT, Roche LC480 Real-time PCR Cancer Pathology Report, (Liquid biopsy : cfDNA;ctDNA) (KRAS, EGFR, etc.) NanoString : Prosigna Individualized risk assessment of Breast cancer Non-invasive Prenatal Testing Over 10 weeks 非侵入性產前胎兒染色體篩檢 唐氏症(Trisomy 21) 愛德華氏症(Trisomy 18) 巴陶氏症(Trisomy 13) Chr X Microdeletion 佔NGS市場產值70% 6 ‧ 非侵入性產前胎兒染色體檢驗(NIPT)佔次世代定序(NGS)市場產 值的70%,為NGS中最純熟的臨床應用。 ‧ 聯合旗下聯合生技檢驗所自2017下半年度起,開始提供此檢驗 服務。 NIPT其原理為,胎兒在孕婦體內會釋放出游離DNA至母體 周邊血液中,藉由萃取母體血漿內的胎兒DNA,以新一代 高通量定序技術與大數據分析來研判胎兒第13、18、21對 染色體是否異常。 Taiwan NGS市場產值 癌症用 藥基因 25% 其他 5% NIPT 70% 癌症標靶藥物突變位點檢測 「Mutation Tests for Targeted Cancer Therapy」 提供臨床醫師: 癌症用藥指引 對病患: 避免不必要的體力負擔 針對癌症突變基因治療 提升病患存活率 Taiwan NGS市場產值 癌症用 藥基因 25% 其他 5% NIPT 70% 8 乳癌遠端復發性預測檢測 Prosigna Breast Cancer Prognostic Gene Signature Assay Prosigna PAM50 1. 2. 3. 4. 提供乳癌患者未來10年的復發與轉移機率 避免不必要之化療 避免造成病患體力負擔 美國FDA 510(k) cleared 使用 FFPE於 乳癌組織 以RT-PCR檢測50個乳癌轉移相關基因 , 將患者腫瘤的基因表達資料與4種PAM50的 原型表達圖譜: Luminal A、Luminal B、HER2、Basal-like 比較,以確定相似度。 由腫瘤增殖分數、大小、轉移淋巴結數目等 病理科醫師提供之相關病患資料, 綜合評估50個乳癌轉移相關基因後, 提供Prosigna Score分數0-100, 以評估乳癌10年內遠端轉移復發概率。 9 10 Genomic sequencing technologies market: projected revenues (billions of US$) 2012–2017 Nature Reviews Drug Discovery 2013; 12:341-342 11 12 13 在個人化醫療的部分有三大重點: 一,找到最可靠的生物標記 (biomarker); 二,使用精準的檢測平台; 三,更便利地協助病患在日常檢驗上達到精準醫療的預估,如 液態生物檢體 (liquid biopsy) 技術可幫助疾病早期發現。 台北醫學大學副校長 吳介信教授 Piper Jaffray投資銀行與資產管理公司 14 早期癌症篩查 6.1 % 87.7 % 癌症治療選擇 治療監控 6.1 % 復發監控 Piper Jaffray Investment Research: The 2015 Liquid Biopsy Report 2015 15 Next generation cancer diagnostics market size report, 2014-2025. Market Research Report. 2017 16 不用開刀即可取得的腫瘤血液檢測樣本 十大創意科技 走入我們的生活 2017年美國科學人雜誌(Scientific American)與世界經濟論壇(World Economic Forum) https://aws.scientificamerican.com/report/top-10-emerging-technologies-of-20171/ 17 DNA Dividends: Sequencing, Liquid Biopsies to Drive IVD Market Growth in Coming Years Kalorama Information, which every 2 years publishes the Worldwide Market for In Vitro Diagnostic Tests, projects sales of tests performed using NGS to grow from about $250 million in 2016 to $800 million in 2021, with an annualized growth rate of 26%. All market data are based on factory sales of reagents and instruments to the end user. Noninvasive prenatal testing (NIPT), which uses maternal blood to identify genetic abnormalities in the gestating fetus, also is showing exceptional growth, with an anticipated annualized growth rate of 20% domestically and even more internationally, according to healthcare analysts at Piper Jaffray investment bank. Currently, the U.S. represents about 75% of the market, but the global market is expected to pick up in the next few years. Liquid biopsy and circulating tumor cell (CTC) tests, which also represent a small fraction of the market, will grow from about 100 million in 2016 to 300 million in 2021, with an annualized growth rate of 25%, according to Kalorama. The American Association for Clinical Chemistry (AACC) 液態切片(Liquid biopsy) 18 癌細胞 DNA 或癌細胞能在體液中被發現微量的癌細 胞(Circulating tumor cells, CTCs),以及游離在細 胞外的DNA(cell-free DNA, cfDNA)。 cfDNA 長度約150-180 bp,據推測是組織中的細胞 壞死時放出來的,其中包含正常細胞的 DNA 以及在 癌症病患中可以發現的癌症 DNA(cell free tumor DNA, ctDNA)。 我們可以從血液中分離出微量癌細胞或 cfDNA ,並 檢測其突變,就能了解病患體內是否有癌細胞潛伏。 更進一步,若能偵測到來自腫瘤細胞的特定突變,對 於癌症藥物的選擇將更有幫助,或是根據新的突變調 整用藥。 J Clin Oncol. 2014 Feb 20; 32(6): 579–586. Liquid biops主要分為: 體循環游離腫瘤細胞 (Circulating tumor cells, CTCs) 體循環游離腫瘤 DNA (cell free tumor DNA, ctDNA) 胞外泌體 (Exosome) 細胞外囊泡 (Extracellular Vesicles) 19 液態切片的優勢  早期檢測癌症: 因為液態切片直接檢測腫瘤 DNA ,檢查到的不 正常 DNA 通常和腫瘤較有相關性,較不會受到 發炎干擾,比生物標記更為敏感與特異。  及時反映腫瘤動態: ctDNA 在血中半衰期約 2 小時,只要在治療前後 不同時點抽血,ctDNA 比起影像學檢查更能反映 當下體內腫瘤狀態,更具機動性。  後續追蹤: 治療之後 ctDNA 濃度下降的程度可供治療效果的 參考,而若癌症出現抗藥性或二次突變甚或是腫 瘤異質性,也能反映在 ctDNA 中,可提供改變治 療方向的線索。 Science Translational Medicine 19 Feb 2014: Vol. 6, Issue 224, pp. 224ra24 腫瘤異質性(Tumour heterogeneity) 許多類型的癌症都存在著「腫瘤異質性」,指的是在腫瘤細胞生長, 母細胞進行複製與分裂的過程中,子細胞產生的基因變異,使得腫瘤 細胞在生長速度、侵略程度及藥物敏感度上的差異。 在 1976 年 Peter Nowell 提出腫瘤異質性起源的「克隆演化」理論 (Clone Evolution),認為連續多次的克隆是導致腫瘤基因及其他分子變 異的根本原因,腫瘤異質性是造成癌症治療困難重重的罪魁禍首。 20 羅氏大藥廠的液態生物檢體 (liquid biopsy) 試劑通過 FDA 核准 美國食品藥物管理局 (FDA) 在2016年6月1日批 准了羅氏大藥廠 (Roche) 的液態生物檢體 (liquid biopsy) 診斷試劑: Cobas EGFR Mutation Test v2。 該試劑可偵測病人血液中非小細胞肺癌 (non-small cell lung cancer, NSCLC) 的基因突變。 只有76.7%的陽性一致率 (positive percentage agreement ─ 同時在組織與血液中都能偵測到的同樣變異); 美國FDA認為病人若未能在血液中偵測到變異點位, 就應該要取組織來進行檢測。 Siravegna, G., et al. Nature Reviews Clinical Oncology.2017. 標靶藥物 Tarceva (得舒緩,erlotinib,羅氏出產的 EGFR 抑制劑) 21 Session 1 :基因科技的趨勢與應用  癌症用藥以基因生物標記為依據 今年五月,美國 FDA 核准默克藥廠的癌症治療藥物 Keytruda (perbrolizumab),成為第一個以基因標記為基準而不 分腫瘤類別的抗癌新藥。該藥物適用於包含大腸癌及其他 14 種不同類型的癌症患者。  免疫療法與生物標記仍是熱門焦點 1.免疫療法為癌症治療領域的亮點,尤其是免疫檢查點抑制劑 (immuno-checkpoint inhibitor),讓以往 認定沒有存活機率的病患使用後產生突破性的療效,不過目前仍只有二到四成左右的病患有反應。 2.TMB 在今年歐洲腫瘤醫學會 (ESMO) 和中國臨床腫瘤學會 (CSCO) 上皆是熱門討論焦點,而中國當 前已有非常多的基因檢測公司陸續開發這類結合免疫療法的基因檢測。  藥物經濟學 (pharmacoeconomics) 「你願意用多少錢去買一年的壽命?」 免疫檢查點抑制劑 PD-1/ PD-L1 更要價 30-40 萬台幣,近期美國 FDA 批准的 CAR-T 治療費用更高達 千萬台幣,但並非所有患者都有效。 22 23 癌症免疫療法的分類(美國國家癌症研究中心;National Cancer Institute) 1.單株抗體 (Monoclonal antibodies) 免疫檢查點阻斷劑 (Immune-checkpoint blockers; ICBs) 2.Adoptive cell transfer Keytruda : PD-1 / PD-L1 抑製劑 3.細胞激素 Cytokines 4.癌症疫苗 Treatment Vaccines 5.BCG (Bacillus Calmette-Guerin) PD-1 百時美施貴寶(BMS): Nivolumab(商品名Opdivo) Merk公司 : Pembrolizumab(商品名Keytruda) PD-L1 羅氏公司 : Atezolizumab(商品名Tecentriq) 默克藥廠 (Merck & Co) 的免疫治療新藥 Keytruda,在2017年 5 月 23 日成 為美國食品和藥物管理局 (FDA) 批准的首例根據患者特定遺傳特徵而非發病 位置對症治療的癌症藥物。 24 FDA 先前已批准 Keytruda 用於治療: 轉移性黑色素瘤 轉移性非小細胞肺癌 復發性或轉移性頭頸部癌 難治性霍奇金氏淋巴瘤 (Hodgkin’s lymphoma) 泌尿上皮癌 「這是癌症治療領域的第一先例,以前 FDA 都是根據癌症開始的身體部位(例如肺 癌或乳腺癌)批准癌症治療藥物。現在我們已經批准了一種無須考慮腫瘤的原始發生 位置,而是基於腫瘤生物特徵給予對症下藥的藥物。」 FDA 藥物部血液和腫瘤學產品辦公室代理主任 Richard Pazdur 對外發表此段聲明。 轉移性黑色素瘤 25 預期 Keytruda 於 2017 年全球營收將達 46 億美元,至 2022 年將可成長至每年 100 億美元 26 誰可以用 Keytruda ?? 子宮內膜癌 微衛星不穩定性-高(MSI-H) (microsatellite instability-high) 錯配修復缺陷(dMMR) (deficient mismatch repair) 結腸腺癌 胃癌 直腸癌 腎癌 卵巢漿液性囊腺癌 Nature Medicine 22, 1342–1350 (2016) 微衛星不穩定 27 28 29 錯配修復缺陷(dMMR) (deficient mismatch repair) 修理工DNA修復機制確實 建造房子(DNA複製過程) DNA修復機制(修理工)及時進行修復 Ex: 遺傳性非息肉病性結直腸癌(Lynch syndrome) 細胞就會堆積大量的DNA突變(房子就會出現很多問題) short, repeated sequences of DNA 30 WHY? HOW? Nature Medicine 22, 1342–1350 (2016) Yanping Xiao and Gordon J. Freeman et al. Cancer Discovery, 2015 31 三種 MSI-H/dMMR突變的檢測方式 檢測標的物 方法學 Protein Immunohistochemistry (IHC) of the Mismatch Repair (MMR) proteins DNA MSI Assay PCR/Capillary Electrophoresis Ex: Promega panel;Bethesda panel Tumor Mutation Burden (TMB) as determined by Next Generation Sequencing (NGS) 32 IHC For MMR (DNA MMR proteins) PCR For MSI BAT-25、BAT-26、NR-21、NR-24、Mono-27 33 腫瘤突變負荷量(tumor mutation burden, TMB)  腫瘤的基因突變越多,產生的異常蛋白質就可能也越多  在腫瘤檢體中,使用NGS進行評估基因的外顯子編碼中區每兆鹼基內發生置換 和插入/缺失突變的總數。  是可以預測PD-1抗體等免疫治療的療效 低突變負荷的人群 : <143 Mb 中等突變負荷的人群 : 143 Mb-247 Mb 高突變負荷的人群 : > 247 Mb 34 35 36 37 38 39 Session 2:基因檢測市場 無論是學生、學術界或產業界人士,應具備四項特質來迎接精準醫療時代。  充實跨領域知識 一份精準醫學報告需要具備生物相關知識(如癌症分子生物、遺傳基因學等)及非生物相關知識 (如資料科學、統計學、資料庫整理等),才能順利完成。  主動學習新知 產業變動太快、科技不斷進步,因此要定期閱讀相關研究論文及新聞、關注相關生技公司的動態。  提升口語表達能力 有些人雖然擁有很多知識,但不擅長表達,因此要訓練自己的邏輯與口條,才能讓同事或病患了解 自己的想法。  培養良好的溝通技巧 節省部門之間、醫師與客戶之間以及與主管溝通的時間。 行動基因生技股份有限公司 黃一生物資訊研究員 Session 2:基因檢測市場 全球精準醫學產業可分上、中、下游  上游 上游以檢測試劑、定序儀器廠商為主,而原廠相當重於儀器、試劑及耗材的專利保護。 Ex: Thermo Fisher Scientific  中游 以基因檢測廠商為主,注重臨床檢驗報告的品質及實驗室認證。  下游 主要為應用及服務端,又可分為: B2C(生技公司提供基因諮詢給客戶): 品牌、管道、銷售好 B2H(醫院與公司合作) B2B(生技基因公司互相合作):企業、仲介、溝通好 40 41 經營好內需市場: 一,可致力發展「第三方檢測實驗室」: Ex:母胎醫學、液態生物檢體、癌症篩檢及基因診斷等 二,開發檢測試劑的人才、大數據人才及生物標記方面的人才 三,跨領域的人才培育與資源整合 台灣生物資訊與系統生物學會 黃憲達理事長 知己知彼 百戰不殆 基因檢測品牌 主要檢測領域 基因檢測服務項目 NIPT檢測類別 台灣基康 產前基因檢測 預防醫學基因檢測 遺傳性癌症基因 個人化基因檢測 1.NIFTY PLUS 非侵入性胎兒染色體基因檢測 2.羊水染色體基因晶片(aCGH) 3.健康指標、癌症風險、心腦血管疾病基因檢測 4.BRCA遺傳性乳癌/卵巢癌基因檢測 5.肌膚、體重管理、天賦潛能基因檢測 1. NIPT基礎版: T13、T18、T21、X染色體 2. NIPT PLUS 進階版: T13、T18、T21、T22、T1 6、T9、X染色體+10種microdeletion 基龍米克斯 產前基因檢測 各類癌症風險基因檢測 癌用藥基因檢測 1.PGS胚胎著床前基因檢測 2.NIPT非侵入性胎兒染色體檢測 3.遺傳性癌症基因檢測 4.癌症標靶藥物基因檢測與用藥指引 5.各種生理代謝機能之基因體質分析 1. NIPT基本型: T13、T18、T21 2. NIPT升級型: T13、T18、T21+其他染色體+7種 microdeletion 3.NIPT頂級型: T13、T18、T21+其他染色體+ 16種microdeletion 創源生技 (訊聯集團) 產前基因檢測 家族疾病基因檢測 常用藥物基因檢測 1.PGD、PGS胚胎著床前基因檢測 2.羊水染色體晶片篩檢 3.NIPT非侵入性胎兒染色體檢測 4.家族性 大腸息肉症與高膽固醇血症之基因檢測 5.小兒、成人用藥物基因檢測 1.Q寶方案(基本型): T13、T18、T21 2.愛妻方案: T13、T18、T21+其他染色體+1種mic rodeleton(狄喬治症候群) 3.暖爸方案: 愛妻方案+5種microdeletion(共5+1種) 慧智基因 產前基因檢測 罕病基因檢測 癌症風險基因檢測 1.PGD、PGS胚胎著床前基因檢測 2.NIPS非侵入性胎兒染色體檢測 3.遺傳性罕見疾病基因檢測 4.癌症風險評估基因檢測 5.癌症乳癌預後(EndoPredict) 1.NIPT基本型: 23對染色體+5個microdeletion 2.NIPTplus: 23對+20種microdeletion+20個骨骼異 常常見位點 聯合醫事檢驗所/ 聯合生技 產前基因檢測 癌症代謝風險基因檢測 1.NIPT非侵入性產前胎兒染色體檢測 2.癌症代謝風險基因(Array) 3.Nanostring, Prosigna 1. NIPT基本型: 23對染色體 2. NIPT plus: 23對染色體+5個microdeletion 台灣NIPT檢測服務商 檢測規格 與 使用平台 NIPT廠商 產品名稱 檢測平台 技術來源 檢測項目 illumina Verifi、Verifi Plus NGS illumina T21、T18、T13、染色 體非整倍體變異、5種染 色體片段缺失/重複 Roche Harmony Microarray Ariosa T21、T18、T13、性染 色體異常、22q11.2 台灣基康 NIFTY、 NIFT PLUS NGS BGI;華大基因 如上表 訊聯生技 MPSS-based NIPT、 SNP-based NIPT NGS、SNP 貝瑞和康、Natera 如上表 慧智基因 NIPS、NIPS PLUS Microarray、NGS Roche(Ariosa) illumine 如上表 有勁生技 SageTM NGS 有勁生技 同 聯合檢驗panel NIPT Basic、 NIPT Plus1、 NIPT Plus2 NGS 彰化基督教醫院 陳明醫師 如上表 NIPT、NIPT Plus NGS 有勁生技 如上表 基龍米克斯 聯合醫事檢驗所 44 Stay hungry. Stay foolish. (求知若飢,虛心若愚) 命運不是運氣, 而是你的選擇。 45 Thanks for your attention