基於FHIR標準來整合基因體數據到臨床應用的進展

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長庚大學教授 林口長庚醫院主治醫師 王子豪

在各種人類生命資訊中,至今最能臨床應用的體學(-omic)資料,就屬基因體學了。例如,腫瘤DNA定序找出的腫瘤特異性基因突變,是當今癌症鏢靶治療的基本原理(參見本新知分享專欄:2015-8-26、2015-10-1、2017-1-19 );由母血來篩查胎兒基因體異常的非侵入性產前基因檢測(NIPT),已被孕婦廣泛接受(參見本新知分享專欄:2017-1-13);醫學期刊也不斷有病例報告,利用診斷性基因體定序確診各種罕見疾病(參見本新知分享專欄:2017-1-14、2018-1-25)。但是,要能廣泛的把基因體資料應用到精準醫學的預測疾病(參見本新知分享專欄:2017-2-2),則有賴於把每個人的基因體數據整合到各自的電子健康記錄(EHR)或電子病歷(EMR)。

 

快速健康照護互通資源 (FHIR,參見本新知分享專欄:2018-1-29)在2017-4-19就提出了FHIR Genomics的數據標準,而美國協調員辦公室(Office of the National Coordinator, ONC)和NIH (National Institute of Health) 合作執行Sync for Genes先導型計劃,就利用FHIR Genomics的數據標準,來橋接定序實驗室、研究者、醫療單位、和病人之間的基因體數據傳輸和應用(下圖左)。ONC於2017年11月發表的報告中,分別由醫療機構代表(Intermountain Healthcare, IHC 和Vanderbilt University)、恊調團體代表(National Marrow Donor Program)、政府機關代表(FDA)、定序實驗室代表(Illumina) 提出先導型成果報告(下圖右)。

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Sync for Genes以 FHIR Genomics為主幹,為串連臨床和研究而提出一個國家級標準(下圖)。Sync for Genes基因體數據標準也利用FHIR特別強調的APIs (Application Programming Interfaces),來加入SMART on FHIR功能(見下段說明),以方便醫師和病人的使用。Sync for Genes基因體數據標準更採納PACS影像電腦溝通系統(Picture Archive and Computer/Communication System)的精神,建構了GACS基因體數據電腦溝通系統(Genomics Archive and Computer/Communication System),來儲存因太佔記憶空間而不便直接納入EHR的大量基因體數據(下二圖)。

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SMART (Substitutable Medical Applications and Reusable Technology) 是哈佛大學學者Mandel JC 和Kohane IS從2010年就致力開發的 “撰寫一次就可以被不同健康照護IT系統使用,而不必再重寫” 的應用程式,他們在2013年採納了FHIR標準以增加SMART的泛用性,而稱之為SMART on FHIR。

 

Vanderbilt University癌症中心的學者利用SMART,開發出在病人照護端 (point of care) 可以使用的應用程式SMART Precision Cancer Medicine (下圖):供醫師可以即時的看到病人特有的癌症基因突變 (下二圖A),也可以對照出該突變在特定癌症族群的發生率 (下二圖B),又可以直接連到外部基因庫,例如GeneWiki (下二圖C),方便提供諮詢給病人。

 

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延伸閱讀:

  1. Sync for Genes: Enabling clinical genomics for precision medicine via HL7 Fast Healthcare Interoperability Resources. https://www.healthit.gov/sites/default/files/sync_for_genes_report_november_2017.pdf
  2. Mandel JC. et al. SMART on FHIR: a standards-based interoperable apps platform for electronic health records. J Am Med Inform Assoc (2016) 23: 899-908.
  3. Warner JL. et al. SMART precision cancer medicine: a FHIR-based app to provide genomic information at the point of care. J Am Med Inform Assoc (2016) 23: 701-710.

快速健康照護互通資源 (FHIR)

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長庚大學教授  林口長庚紀念醫院主治醫師  王子豪

 

精準醫學是人類生命資訊的科學。但要把一個人持續增加的大量生命資訊:包括健康和疾病時的各種體學(-omics)資料、生活型態、運動量、環境暴露等等,非常異質性的(heterogeneous)資訊整合在一起,實在是件難事。雖說萬事起頭難,但是總得開始把這些資訊錨定在一種個人資料上。最能夠記錄一個人健康和疾病的資訊,首選的當然是健康紀錄或是病歷(Health Record)了。

 

FHIR (Fast Healthcare Interoperability Resources) 的縮寫讀成Fire (下圖),是一種衆所期待,且已在美國逐漸被接受的數據標準(data standard),FHIR用來描述電子病歷(Electronic Health Record, EHR)的數據格式(data format)和數據元(data elements) ,並提供標準系統化資訊於應用程式介面(Application Programming Interface, API)。

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FHIR墊基於HL7 (Health Level Seven International,見下段說明) v2 和HL7 v3資料標準,但是使用起來更加簡便。FHIR的主要目標就是促進醫療單位有效溝通醫療訊息,更要把醫療訊息廣泛使用於多樣的設備上,包括電腦、平板電腦和智慧型手機,不但能更輕鬆的提供醫療服務訊息給醫院和個人,也能提供系統化資訊給第三方應用程式開發者。通過將不同數據元分別標示而公開提供,FHIR有開放和易於擴展的特點和價值。

 

國際健康資訊第七層協會(HL7 International,www.hl7.org) (註一) 成立於1987年,致力於提供電子健康資訊的完整架構和相關標準,以利於健康資訊的交換、整合、分享、和取用。HL7至今有來自五十多個國家(註二)的1600多名會員,其中包括500多個團體會員代表:醫院、政府單位、醫療保險業者、國際藥廠、生技資訊產業等單位(下圖)。

 

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FHIR是一種數據(資料)標準,本身不是電子病歷(EHR)。截至2015年,在美國能夠提供公費醫保 (Medicare) 的醫療單位,必須使用合乎國家協調員辦公室(Office of the National Coordinator, ONC) 的電子病歷,而當時可供醫院使用的電子病歷(ONC-certified EHR)就有180家,而供診所使用的更高達760家。從這些數字可以想像:電子病歷內容的互通操作性(interoperability)是一大問題。 歷史回顧醫療資訊紀錄系統,國際上各個組織都曾經努力發展各種系統,希望能更精確的描述臨床病例(下圖)。有20世紀初就已開發的國際疾病分類系統(International Classification of Disease),至今已發展到第十版 (ICD-10);有1970年代開發出來的醫學標準命名系統 (Standard Nomenclature of Medicine,  SNOMED),至今在病理報告仍十分有用;也有1990年代開發出來的識別邏輯觀察的名字與編碼系統 (Logical Observation Identifiers Names and Codes,LOINC),能夠傳送電腦可以讀取的臨床訊息和檢驗資料。HL7則不斷開發健康資訊的紀錄系統,尤其為了病人轉診時,相關醫療紀錄能夠完整交接,也發展了臨床文件架構(Clinical Document Architecture, CDA),來提供持續照護文件(Continuity of Care Document, CCD)。而在2011年推出的FHIR,則是希望這套資料標準,不但能滿足日趨精密的醫療資訊的敘述要求,也能夠讓這些資訊能容易被電腦讀取,更透過API格式,利於呈現於醫師和病人的各種智慧型行動裝置。

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FHIR系統不再把健康資料(病歷)當成文件,而將健康資料分解成許多數據元。

這好比在互聯網上,每個網頁都有一個網址-統一資源位碼(Uniform Resource Locator, URL);在FHIR數據標準中,每一個數據元都有一個標籤(tag),當作一個獨特識別碼 (unique identifier),可讓任何的FHIR browser application都可讀取 。也正因FHIR的最小單位是數據元,所以FHIR可以看作是整合資源(Resources)的標準。利用這統一的格式,每一個軟體開發者都可以建構出不同平台來讀取數據,能夠有效地在不同醫療單位之間互相溝通、整合照護、行使決策和數據分析。

 

美國許多醫療體系(例如Mayo Clinic,Duke,Boston兒童醫院,University of Utah,Intermountain Healthcare,Geisinger Health System)已經採用FHIR。一些醫療軟體開發廠商(Cerner,Epic,Allscripts,athenahealth)和IBM Watson Health 也支援FHIR標準,用於開發臨床決策支援(Clinical Decision Support)系統。Google於HIMSS17 (Healthcare Information and Management Systems Society 2017-2-17~23) 大會也宣布和HL7合作;並於2017-5-18宣布和芝加哥大學、Stanford大學、加州大學舊金山分校合作,利用FHIR資料標準,以深度學習來做醫療照護預測性分析(Healthcare Predictive Analytics) 。

 

醫療照護物聯網(Healthcare Internet of Things)持續的快速發展,病人由各種穿戴式器具收集到的健康資料(patient-generated health data, PGHD)資料量大增,但是至今仍很少PGHD可以應用到臨床。Dell公司的醫療長Dr. Nick van Terheyden表示:數據不是問題,而是把數據過濾成臨床能用的資訊的過程發生了問題。而FHIR被認為是足以串連起數以千萬的穿戴式器具(FitBits、Apple Watches、各種藍牙生理監測裝置和運動記錄器)和電子健康資料(EHR)的平台。

 

  • 備註:
註一:第七層是application,意即位於國際標準組織(International Organization for Standardization, ISO) 的七層開放式系统互聯通信模型的第七層,其他層由一至六分別是:physical, data link, network, transport, session, presentation。
註二:台灣健康資訊交換第七層恊定協會(www.hl7.org.tw) 於2001年加入HL7 International,與後來加入的中國大陸(www.hl7china.com.cn)同列於會員國 (affiliates)。

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新

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和信治癌中心醫院臨床藥師 方麗華

 

腫瘤免疫治療是繼手術、放療、化療、標靶治療後,人類對抗腫瘤的第五大療法,具有劃時代的意義。免疫治療主要有三大方向:腫瘤疫苗、細胞治療和免疫檢查點抑制劑。細胞治療的典型代表 CAR-T (嵌合抗原受體T细胞),它從研發到上市有一段非常傳奇的故事。

 

一、從絕望到新生,白血病女孩 Emily Whitehead的抗癌傳奇

2010 年 5 月,美國小女孩 Emily 剛剛過完 5 歲生日,被診斷出患有急性淋巴細胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia,ALL)。ALL是一種好發於兒童的白血病,占兒童白血病的70%,不過大多數兒童都能夠通過化療得到有效控制,少數需要進行幹細胞移植才能治癒。

Emily 像大多數白血病病童一樣,接受了化療。兩輪化療後,她的雙腿出現壞死性筋膜炎,雖勉強避開了截肢, 十六個月後,血癌復發了。醫師建議進行骨髓移植,但因擔心移植的併發症,而且病情仍舊沒有得到控制,Emily危在旦夕;醫生建議啟動臨終關懷,但是Emily的父母不忍女兒就這樣離開人世,決定帶女兒到費城兒童醫院尋求第二意見。在那裡,他們了解到由賓夕法尼亞大學研究人員開發的一種新療法,稱為CART-19 (嵌合抗原受體T细胞),它是由基因工程改造病人自身的T細胞以殺死腫瘤細胞。

當時腫瘤科醫師告訴家屬,這是一項實驗性的研究,成敗未卜。費城兒童醫院是賓州大學的附屬醫院,正開展 CAR-T (嵌合抗原受體 T 細胞)的早期臨床試驗,但當時接受過這種治療的病人只有兩三個,並且全是成人;權衡利弊後,Emily的父母決定讓她接受治療。

危機比想像中來得更早。就在Emily接受第三劑CAR-T注射後,她出現了高燒、呼吸衰竭和休克的症狀,即所謂CAR-T 治療的副作用「細胞激素風暴」,情況非常兇險,但是當時沒人知道如何處理。Emily的血液樣本發現有一種叫做白細胞介素-6 (interleukin 6) 的蛋白質比正常值高了1000 倍。CAR-T專案負責人Carl June突然想到,自己患類風濕性關節炎的女兒正在使用一種靶向白介素-6的抗體 (Tociluzimab)進行治療,那麼能不能用它來應對Emily的突發狀況?當天晚上,Emily就被注射了白介素-6的抗體 (Tociluzimab)。

奇蹟發生了!幾個小時後,Emily的症狀迅速獲得了改善;第二天,她從休克中醒來,而這一天恰巧是她的7歲生日。 8天後,Emily骨髓活檢的結果顯示,她的體內已經沒有任何白血病細胞了!這是CAR-T首個治癒白血病的案例,Emily也因此家喻戶曉,成為美國的抗癌明星。現在Emily已經12歲了,白血病再也沒有復發過。她的父母還成立了Emily Whitehead基金,用來支持免疫治療研究。

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新_1

Emily Whitehead Foundation

Emily 的幸運故事,也為 CAR-T 的發展做出了不可磨滅的貢獻。當時Carl June剛和諾華公司剛簽訂共同研發協定,Emily的成功讓他迅速獲得了更多資金和輿論的支援。 隨後大量的臨床資料顯示,該療法治療B 細胞ALL的 63位病人,有83%達到白血病細胞在治療後完全消失,實現了真正意義上的「治癒」。1  2017年美國FDA專家委員會以10:0的投票結果審批通過了諾華的CTL019 Tisagenlecleucel (商品名為Kymriah)上市,一劑要價 475,000美元。接續有Axicabtagene ciloleucel (Kite Pharma)兩種CAR-T,應用於治療表達CD19抗原的急性B淋巴細胞白血病或淋巴瘤。FDA僅根據第二期臨床試驗的成功,即核准此兩項成品。

 

二、 CAR-T 的原理和優勢

1. CAR-T療法的原理

CAR-T 又名嵌合抗原受體 T 細胞,它不是一種藥物,而是細胞。人體啟動免疫反應,對抗腫瘤時會面臨兩種主要挑戰 : 一是惡性腫瘤細胞原本是來自身體正常細胞,我們的免疫系統已演化成不會攻擊自身組織,所以無法區分癌細胞與正常細胞;第二個挑戰是許多癌細胞會躲避免疫細胞和干擾免疫反應。免疫系統為預防錯殺正常組織,T細胞在攻擊癌細胞之前,會檢查癌細胞是否有兩種蛋白(細胞身分證):第一種為主要組織相容複合物(MHC)的大型蛋白複合物,是一種信號抗原;第二種是共同刺激配體(co-stumulatory ligand),它能提供信號告訴T細胞啟動攻擊。如果癌細胞不提供它的身分證辨識或共同刺激配體,T細胞便不會攻擊它。因此,癌細胞常演化出兩種欺騙免疫細胞的方法:不提供MHC,或傳遞不活化信號的共同刺激配體給T細胞。基因工程改造的CAR-T是設計依癌細胞的表面抗原(身分證),利用改造的病毒外殼,把辨識腫瘤抗體片段送進T細胞內。細胞的製造步驟比既往的藥物要複雜得多,我們可以概括為分離、基因編輯、擴增、回輸、監控(A)。

 

分離:先要分離出病人的 T 細胞。

基因編輯:這是 CAR-T 的核心技術,也是每家公司技術上的核心競爭力(B)。腫瘤細胞在和免疫細胞鬥爭的過程中,會隱藏自己的標記,避免被T細胞識別和摧毀。科學家通過基因編輯的手段,利用病毒傳遞遺傳物質來重設T細胞,讓T細胞的細胞膜有抗體的表達,能識別腫瘤特異性分子的蛋白,這樣T細胞就像裝上了「雷達眼睛」,讓腫瘤細胞無處遁形。

擴增:如果把 CAR-T 比喻成一支軍隊,體外擴增就是招兵買馬的過程。先利用磁珠活化T細胞,磁珠上包覆兩種蛋白質,經特定信號蛋白的刺激後,就會進入擴增模式。5-10天後,每個CAR-T細胞會複製出100顆以上的CAR-T細胞。

回輸:擴增好的CAR-T 細胞通過注射進入人體。CAR-T細胞能辨識出腫瘤細胞表面的抗原,立即展開攻擊,不再需要MHC或共同刺激配體的存在。

監控:常規的藥物治療都會產生不良反應或者副作用,活細胞更是如此,因此在注射後要密切關注病人的生命特徵,隨時處理突發狀況。

嵌合抗原受體T细胞 (Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T)的傳奇與創新_2

http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMe1714680?query=recirc_curatedRelated_article
(A) 嵌合抗原受體(CAR)T細胞治療的生產步驟。備製需要在有良好生產規範(GMP)場所進行:1. 分離:首先通過白血球分離術,將病人的白血球分離出來,然後將T細胞激活。2. 基因編輯:用逆轉錄病毒編碼CAR,進行遺傳工程改造。當CAR T細胞基因編輯成功後就進入擴增。 3. 擴增,就進一步擴增收成。4. 回輸:最後輸回病人的身上。在輸注前,病人需接受清除淋巴細胞的化療調理。在Neelapu等人的ZUMA-1研究中,整個過程平均需要17天。(B) Neelapu與Schuster等人在研究中使用的抗CD19 CAR的設計差異。TCR代表T細胞受體。

 

2. CAR-T療法的優勢
CAR-T 之所以能夠取得「治癒」白血病的驚人效果,根本原因在於它是一種「精準」的「活性藥物」。 通過裝載上「雷達」,CAR-T能夠更加準確地識別和殺傷腫瘤細胞,比傳統的放化療要強得多,這也是精準醫療的具體表現。 此外,傳統的藥物作用於人體後會被肝腎代謝排除,不會在體內長期存在,而CAR-T在消滅腫瘤之後,它們還會在人體內安靜地潛伏下來,像敏銳的長期哨兵,是可持續巡邏全身的「活」系統;它密切監視、防止白血病的復發。

 

三、 CAR-T 面臨的挑戰
事物總是有兩面性,任何一種治療都會存在缺陷, CAR-T 也不例外。CAR-T存在的局限性,主要有以下兩點:

1. 安全性問題
記得在 Emily 的故事中我們提到的危險狀況嗎? 這是CAR-T治療過程中最常見的不良反應,叫做「細胞激素風暴」。CAR-T細胞會導致體內大量細胞釋放激素,促進免疫系統猛烈地攻擊身體的器官組織,讓病人出現呼吸困難、高熱、低血壓的症狀,並且情況非常兇險,早期是導致病人死亡的重要因素。但是這種情況通過一些抗細胞激素的治療就可以很好地應對,目前已經不再是難題了。另外CAR-T會造成B細胞再生障礙(B-cell aplasia),造成抗體(免疫球蛋白)製造缺損,因此病人需要輸注免疫球蛋白,以減少感染機會。
除了「細胞激素風暴」外,神經毒性也是一大風險。舉個例子,去年 CAR-T 研究的先驅 Juno 公司,在進行 JCAR015 的 2 期臨床試驗時,先後發生多例病人因為神經毒性死亡,被 FDA 兩度叫停了臨床試驗。目前對於神經毒性沒有很好的解釋,有人說是白血病細胞侵犯到中樞神經周圍,被CAR-T攻擊後產生大量的細胞碎片,導致腦水腫。目前還沒有明確的方法可以應對。
還有一種危險因素,叫做「脫靶效應 」,指的是CAR-T細胞原本是要攻擊腫瘤細胞,卻錯殺了正常細胞,這是為什麼?這和CAR-T在製備過程中選擇的特異性分子很有關係。腫瘤和正常細胞很像,就像恐怖分子通常會打扮得像老百姓,不被員警發現。如果CAR-T選擇的靶標在正常細胞上也有,正常細胞就會受到攻擊。白血病的標記分子CD19,就是一種腫瘤特異性很高的標誌,這才促成白血病領域CAR-T治療如此成功。因此在今後的CAR-T研發中,尋找特異性高的靶標是非常重要的關鍵因素。

2. 固體瘤的困境
CAR-T 除了治療白血病,治療肺癌、肝癌、胃癌這些器官上的腫瘤(固體瘤),是不是效果也很好?很遺憾,目前在臨床試驗中取得重大突破的,仍然局限在白血病。一方面是因為白血病有極為特異的靶標,而固體瘤目前還沒有找到;另一方面就是器官的腫瘤細胞,往往會狡猾地躲在其他細胞中間;敵軍陣營周圍的地形非常複雜,還會釋放各種信號分子,造成「煙霧彈」,給進攻帶來很大的難度。
不過,目前 CAR-T 在固體瘤的治療方面還是取得了一些成就。於2016年在新英格蘭醫學期刊,發表一例末期惡性腦癌glioblastoma multiforme的病人,由美國加州的希望之城(City of Hope)臨床中心報導了他們的CAR-T 在腦癌中的進展。 病人的腦部有7處腫瘤灶,經過5次局部注射後,病人的腫瘤全部消失了! 並且持續了228天沒有復發。這在CAR-T治療固體瘤歷史上是一大突破。

 

四、總結和展望
CAR-T 這兩年取得了突飛猛進的進展,除了技術和療效之外,和輿論也有密切的關係。Emily的故事讓CAR-T成為舉世矚目的焦點,吸引了大量的資金和團隊研發,也快速推進了CAR-T 的上市。CAR-T 有別於藥物治療,是具有精準醫療特性的「活性」細胞治療,為腫瘤病人帶來了新的希望。
過去幾年,許多研究團隊都報告了末期白血病和淋巴瘤的奇蹟式案例,包括紐約史隆凱特癌症中心、西雅圖兒童醫院、與朱諾(Juno)治療公司有合作關係的哈欽森癌症研究中心,以及與風箏製藥(Kite)有合作關係的美國國家癌症研究院。不同種類的腫瘤病患對於療法的反應不同,約有一半的慢性淋巴白血症的症狀獲得改善、急性淋巴性白血症兒童約有90% 完全緩解;治療一個月後,體內並沒有癌細胞蹤跡。CAR-T 未來的發展方向要能克服安全隱憂,以及在更多的腫瘤類型中取得出色的療效。CAR-T的研發需要在國家政策支援和監管跟進的前提下,才能夠湧現更多的創新突破。

 

References:
1. Buechner J, Grupp SA, Maude SL, et al. Global registration trial of efficacy and safety of CTL019 in pediatric and young adult patients with relapsed/refractory (R/R) acute lymphoblastic leukemia (ALL): update to the interim analysis. Clin Lymphoma Myeloma Leuk2017;Suppl 2:S263-S264. abstract.
2. L. Rosenbaum Tragedy, Perseverance, and Chance – The Story of CAR-T Therapy N. Engl. J. Med., 377 (2017), pp. 1313-1315
3. Neelapu SS, Locke FL, Bartlett NL, et al. Axicabtagene ciloleucel CAR T-cell therapy in refractory large B-cell lymphoma. N Engl J Med 2017;377:2531-2544

用基因體定序診斷胎兒異常的共識立場聲明

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長庚大學教授 林口長庚醫院主治醫師 王子豪

在2018-1-8的產前診斷期刊(Prenatal Diagnosis)刊登了一則由國際產前診斷學會(International Society of Prenatal Diagnosis, ISPD)、母胎醫學學會(Society of Maternal Fetal Medicine, SFMF)、周產期品質基金會(Perinatal Quality Foundation, PQF)針對使用基因體定序(genome-wide sequencing)作胎兒診斷,發表的一個共識立場聲明(consensus position statement)。雖然使用DNA定序恊助診斷已變成臨床業務的一部分,但是這技術用於產前診斷胎兒的遺傳疾病,實務上還是相當有高複雜度。因此三個學會的專家凝聚共識,提出 “需要考慮的要點(points requiring consideration)”,提供給臨床醫師和診斷實驗室來遵循。

 

人類23對染色體含有三十億DNA序列(全基因體),其中只有1.5%用於編碼出人類的20,000多個基因(全外顯體)。更只有不到5000個基因和疾病有關,被稱為臨床外顯體(clinical exome),意即,診斷實驗室會特別在病人上聚焦定序這羣基因。這個聯合聲明主要針對:現階段常用的外顯子定序(exome sequencing), 包括鏢靶臨床基因組(targeted clinical panel)定序或是全外顯體定序(whole exome sequencing, WES);但因為持續有更多資料的累積、判讀工具的進步、和定序價格的下滑,也涵蓋到全基因體定序(whole genome sequencing, WGS)。本聲明中的基因體定序就泛指:鏢靶臨床基因組定序、全外顯體定序、和全基因體定序。

 

診斷性基因體定序的使用時機,一般是:染色體分析和染色體微陣列分析(chromosomal microarray analysis, CMA) 仍無法解釋胎兒的異常表現型,或是臨床專家評估上述傳統方法比較不易獲得確實的病因時。從現有已確認的資料和知識評估利弊之後,尚不足以推薦常規產前定序(routine use of prenatal sequencing)的使用。所以當一個尚無異常表現型的胎兒被懷疑可能有遺傳疾病時,是否使用診斷性基因體定序,應該根據每一個案需求分別考慮,而在研究計畫規範下實施。

 

專家共識認為:除非確認有胎兒異常,否則不建議以侵入性方法(羊膜穿刺、絨毛膜採樣、臍帶穿刺採血等等)取得胎兒組織來做常規的檢測。但在下列情境時,實施胎兒的診斷性基因體定序是有益的:

  • 發現一個胎兒有單一重大異常或是有多重器官異常,雖然有可能是源自基因體變異,但CMA仍無法確定診斷時,
  • 雙親之一曾經有過未確診的、患有單一重大異常或多重器官異常的胎兒或小孩,而這次的胎兒也有類似的異常表現型,
  • 家族中曾經有多起染色體檢查或CMA無法獲得診斷的死胎,而這次的胎兒也有類似的異常表現型。

 

在實施診斷性基因體定序時,必須特別小心考慮下列各點:

  • 同時包括胎兒和雙親的三人分析(trio analysis)才能有最好的效力。
  • 即便在超音波已發現胎兒異常的情況下,當今仍不確定選擇鏢靶臨床基因組(targeted clinical panel) 定序或是全外顯體定序(whole exome sequencing, WES),以何者為佳?主要的原因在於,我們現有的基因型和表現型的關聯性(genotype-phenotype correlation)知識仍然不足。
  • 提供診斷性基因體定序的醫師,必須對三人分析的結果對胎兒和父母的可能優點和危險,有足夠深入的了解。
  • 最重要的是要能深入的提供:檢測前教育和諮詢(pre-test education and counseling)、知情同意書(informed consent)、和檢測後諮詢(post-test counseling)。 在三人分析前,雙親都必須分別填妥知情同意書,因為檢測的結果可能會揭露偶發的發現(incidental findings)或二級發現(secondary findings),例如:癌症相關的基因突變、精神疾病相關突變、成年之後才可能發病的疾病基因等等。

 

對診斷實驗室的品質標準化、發現變異的判讀和後續諮詢上,三個學會的共識有多達十一點的建議,可歸納為下列三個方向:

  • 診斷實驗室的品質標準化:操作實驗室應該通過某種認證標準;由臨床單位提供的胎兒表現型資料應該標準化和包括影像資料;發現變異的初步判讀和分類應該由實驗室提供,而診斷實驗室應該有臨床遺傳學家和遺傳諮詢師組成的跨領域團隊;診斷實驗室和臨床醫師應建立一個活絡交流的機制。
  • 發現變異的判讀:變異的判讀應聚焦在和胎兒表現型有關的病理變異(pathogenic variants)或是可能病理變異(likely pathogenic variants)。而下列的可能情境應在檢測前教育和諮詢預先說明,而預先決定是否要告知?如要,必須由合適的專家主持檢測後諮詢。這些情境包括:在和胎兒表現型有關的致病基因上,發現至今尚不清楚意義的變異(variants of uncertain significance, VUS);在只會發病於兒童或成人的基因(意即,發現變異是有致病性,但與現有的胎兒表現型無關),發現有病理變異或是可能病理變異;在三人分析中,發現雙親帶有一些基因變異,雖然沒有在這個胎兒造成疾病,但在日後的懷孕仍有機會造成胎兒疾病。
  • 後續諮詢:應該提供雙親一份非專業人士都看得懂的書面報告,包含本次檢查結果、遺傳諮詢的過程和結論、和本次檢查結果對日後懷孕的影響。

 

資料來源:

Joint Position Statement from the International Society of Prenatal Diagnosis (ISPD), the Society of Maternal Fetal Medicine (SMFM) and the Perinatal Quality Foundation (PQF) on the use of genome-wide sequencing for fetal diagnosis. Prenatal Diagnosis (2018) 8 January, doi: 10.1002/pd.5195

成功的合併基因突變和生物標記蛋白檢測於癌症液態切片

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長庚大學教授 林口長庚醫院主治醫師 王子豪

美國在2017年,60%的癌症死亡由八種癌症(卵巢癌、肝癌、胃癌、胰臟癌、食道癌、大腸直腸癌、肺癌、乳癌) 造成,估計約有36萬人。因此,一個以Johns Hopkins醫學院領導的研究團隊,發展出一種液態切片套組CancerSEEK,可以在1,005位尚未轉移的八種癌症病人,獲得大約70% 的陽性率,而只有很低(<1%)的假陽性,這項成果預先刊登於2018-1-18的 Science期刊。

 

一次CancerSEEK檢驗的成本約在500美元以下,可同時分析病人血清中:16個基因 (NRAS, HRAS, KRAS, BRAF, AKT1, PTEN, FGFR2, EGFR, PIK3CA, TP53, APC, CTNNB1, FBXW7, CDKN2A, PPP2R1A, GNAS) 的61個突變位點,和八個癌症生物標記蛋白(CA-125, CEA, CA19-9, prolactin, HGF, osteopontin, myeloperoxidase, TIMP-1)的濃度。一旦測到這些基因突變或是癌症蛋白質高於設定值,就稱做陽性結果。

如在這八種癌症不分癌別,CancerSEEK的ROC (Receiver Operator Characteristic)分析有91% AUC (area-under-the- curve, 一般大於80%就表示不錯了)的優秀表現,如果將特異性設在99%時,還能夠測得62%的靈敏度 (下圖A);CancerSEEK可偵測出高於70%(中位數)的第二和第三臨床分析癌症病人(下圖B)。CancerSEEK對不同癌別顯示出不同的靈敏度,在卵巢癌、肝癌可高達98%;在胃癌、胰臟癌、和食道癌的敏感度也都有70%左右(下圖C)。

 

合併使用基因突變和生物標記蛋白於癌症的液態切片_1

 

 

雖然CancerSEEK的數據都很好,這個液態切片在早期診斷癌症的效能仍有待更大規模的臨床試驗來考驗,終究CancerSEEK尚未驗證於其他單位的獨立病人族群。另外,還有下列幾點值得注意:(1)研究組都是有癌症狀的病人,所以這個硏究並無法探討CancerSEEK當作健檢的癌症篩查之用;(2) 在本硏究的健康對照組雖然只有小於1% (7/812 controls)測出假陽性,但是 CancerSEEK的蛋白質生物標記多用於反映組織損傷,理論上在一些發炎疾病(如關節炎)的病人,可能會出現較高的假陽性。

 

儘管如此,賓州的Geisinger健康體系已開始大規模測試CancerSEEK於65到75歲的非癌婦女;而一個私人慈善基金會(The Marcus Foundation)也已挹注五千萬美元用CancerSEEK,要在五年內測試五萬名婦女。

 

延伸閱讀:

  1. Cohan JD et al. Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test. Science (2018) 18 January, advanced in press.
  2. Kaiser J. Liquid biopsy for cancer promises early detection. Science (2018) 359: 259.

 

台灣基康以創新DNA 實踐精準醫療核心價值

台灣基康品經理 洪嘉駿

 

前言

全球基因科技產業的發展起源,可回溯到2001年宣布完成的人類基因體計畫(Human Genome Project),傾全球之力耗資三十億美金耗時超過10年,終於完成第一位人類的基因體基因定序解碼完成,為基因體研究與產業發展奠定了重要的基礎。

 

台灣基康(Gene Health)創立於2011年,是台灣最早專注於提供基因檢測服務的公司之一,創辦人曾慶豐董事長有感於基因科技的發展缺乏有效的產品服務商業模式,讓基因檢測僅限於鑽研基礎研究與少數特定疾病的臨床應用,無法造福廣大的民眾。因此,台灣基康建構專業化的產品開發與諮詢服務團隊,與全球頂尖的基因研究單位密切合作,陸續將多年來的基因研究成果,轉化為符合臨床醫療與大眾需求的專業服務,品牌通路遍及全台,至今已取得全台超過三百家醫院、診所、健康管理中心指定合作,提供完整的基因檢測服務項目。

 

疾病風險評估與遺傳性腫瘤基因檢測

2012年,台灣基康(Gene Health)與旅美返台的人類基因體計畫的首席科學家 陳奕雄(Ellson Chen)博士團隊-賽亞基因(Vita Genomics)攜手合作,以亞洲最早的華人基因資料庫和全球性的基因多型性研究Genome-wide association studies(GWAS)為基礎,從消費者需求的思維出發,開發一系列「預防醫學基因檢測」服務,透過基因型比對與數據演算,分析評估一些常見重大疾病的風險,例如:糖尿病、老年失智症、痛風、癌症、心腦血管疾病等的罹病風險,讓民眾與醫療人員能輕易運用及早掌握先天的疾病風險,實現「上醫,醫未病之病」的理想。臨床上還有一系列與基因遺傳具有強烈關聯的癌症,臨床稱為家族遺傳性癌症或遺傳性腫瘤,台灣基康更投入開發提供針對特定癌症家族史的高危險群進行基因檢測,分析是否為家族遺傳性癌症帶因者,以女性最常發生的乳癌為例,臨床醫學證據顯示,BRCA1和BRCA2基因變異與遺傳性乳癌/卵巢癌的關聯性非常強烈,帶因者的罹癌風險通常高於常人10倍以上。然而,具有乳癌家族史的家族性乳癌患者,有16.9%的比例會帶有BRCA基因突變,確實有必要進行廣泛的基因篩檢。2013年,美國好萊塢知名女星安潔莉娜裘莉(Angelina Jolie)就曾接受BRCA遺傳性乳癌/卵巢癌基因檢測而發現自身帶有BRCA1基因突變,自主採取預防性的醫療措施,而掀起「裘莉效應 (Angelina`s effect)」,帶起全球基因檢測發展的熱潮。

 

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深耕母胎生殖醫學領域 建立本土NGS基因定序實驗室

由於近年來隨著國人晚婚、生育年齡延後,胎兒染色體異常、基因遺傳疾病與不孕、不育的問題已經逐漸被大家所重視,產前染色體篩檢和生殖醫學領域的需求更是蓬勃。

台灣基康(Gene Health)自2014年3月就與全球最大基因體研究機構 華大基因(BGI)合作開發-非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIFTY / NIFTY PLUS),致力推廣產前染色體篩檢的概念,提供安全、精準(準確率>99%)的檢測服務,持續創新研發升級篩檢項目,近年來已獲得全台灣超過300家婦產科醫院/診所認同合作,服務超過三萬名懷孕的準媽咪歡喜迎接健康寶寶的誕生。

 

台灣基康創新DNA 實踐精準醫療核心價值 (洪嘉駿)_2

 

2017年,非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIFTY / NIFTY PLUS)在全球臨床收案已突破二百萬例,台灣基康更成功取得華大基因(BGI)技術授權,在台灣本土建立次世代基因定序(NGS)實驗室,以全球最大的臨床數據為基礎,提供的非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIFTY PLUS),能完整篩檢分布於各染色體上的20項染色體倍數異常與片段缺失。同時,無論是同卵或是異卵雙胞胎皆能透過非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIFTY TWINS)精準(準確率>99%)篩檢胎兒最常見的唐氏症(T18)、愛德華氏症(T18)、巴陶氏症(T13)等染色體異常,全球已有兩萬名雙胞胎孕婦受惠,更是唯一具有大規模臨床數據驗證的雙胞胎產前染色體篩檢方法。非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIFTY/NIPT)現在已經成為液態生物檢體(Liquid Biopsy)領域最廣泛而成熟的臨床應用。

 

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許多婦女面臨高齡不孕、重複流產的主要原因是染色體數目與結構異常。根據研究,透過胚胎著床前染色體基因篩檢(PGS)精準篩選出染色體正常的胚胎進行人工受孕,可將人工受孕的懷孕成功率從41.7%大幅提升至69.1%,讓許多不孕症患者得以如願以償,順利生下健康的寶寶。台灣基康(Gene Health)將採用最先進的次世代基因定序(NGS)平台,以華人為基礎的臨床文獻驗證,可全面篩檢23對染色體,精準篩檢染色體數目異常與片段缺失/重複的胚胎(檢出率達99.6%以上) ,造福眾多在生殖醫學中心施作試管嬰兒(IVF)求子/女若渴的家庭。

 

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領先業界 率先推出擴展性帶因者篩檢

過去民眾與醫療人員普遍誤認為單基因遺傳疾病的發生率低,容易輕忽其嚴重性而沒有進行普遍篩檢,當罹患單基因疾病、帶有嚴重缺陷的胎兒意外出生,就會帶給家庭非常大的衝擊。事實上,全球已經發現超過 10,000 多種的單基因遺傳病,疾病的綜合發生率高達 1/100,而且多數的單基因遺傳病會導致患者死亡、畸形或殘障。

2017年3月美國婦產科醫學會(ACOG)已經提出針對單基因遺傳疾病的擴展性帶因者篩檢(Expanded carrier screening)的臨床需要,台灣基康即率先開發推出單基因遺傳病基因檢測-添好孕,運用次世代基因定序 (NGS)技術,進行擴展性帶因者篩檢(Expanded carrier screening)可一次性準確篩檢多種疾病,相較於傳統的逐一項檢測方式,具有更高的效率。藉由 NGS 技術一次篩檢完整的基因序列,同時檢測點突變、小片段插入和缺失等多種基因突變型態,讓準備生育與正在懷孕的新婚夫妻能夠獲得更完整的保障。

 

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持續創新 實踐精準醫療核心價值

2015年1月前美國總統歐巴馬提出精準醫療倡議(Precision Medicine),提出依據每個人的基因、體質、生理情況等特徵,透過精準的分子檢測,給予量身訂製的精準醫療策略,將能大幅提升醫療效率並減少不必要的醫療資源浪費,在全球掀起一波挑戰傳統醫療的革命浪潮。然而,精準醫療必須仰賴正確的基因資訊為基礎,台灣基康致力於開發基因檢測相關應用服務多年,深刻瞭解臨床醫療人員與民眾的需求,秉持著持續創新的精神,以基因檢測為基礎逐步實踐精準醫療的核心價值。