Podstawy diagnostyki biochemicznej chorób
nowotworowych – markery nowotworowe –
kryteria doboru - wymagania analityczne i
diagnostyczne – zasady interpretacji
wyników
Jan Kanty Kulpa
Zakład Analityki i Biochemii Klinicznej
Centrum Onkologii – Instytut im. M.Skłodowskiej-Curie, Oddział w
Krakowie
Podstawowe działy diagnostyki
biochemicznej
•
poszukiwanie substancji, których stężenie w
poszukiwanie substancji, których stężenie w
płynach ustrojowych pozostaje w jak najbliższej
płynach ustrojowych pozostaje w jak najbliższej
relacji do ich poziomu w komórkach zmienionych
relacji do ich poziomu w komórkach zmienionych
- w zakresie namnażania i/lub funkcji - pod
- w zakresie namnażania i/lub funkcji - pod
wpływem działaniem czynnika
wpływem działaniem czynnika
chorobotwórczego
chorobotwórczego
.
Charakterystyka
agresywności, rozległości procesu
chorobowego
•
poszukiwanie i selekcja wskaźników
poszukiwanie i selekcja wskaźników
biochemicznych najbardziej precyzyjnie
biochemicznych najbardziej precyzyjnie
opisujących zmiany w organizmie gospodarza do
opisujących zmiany w organizmie gospodarza do
jakich dochodzi w odpowiedzi na czynnik
jakich dochodzi w odpowiedzi na czynnik
chorobotwórczy.
chorobotwórczy.
Charakterystyka reakcji
organizmu na chorobę.
Diagnostyka laboratoryjna chorób nowotworowych
Diagnostyka laboratoryjna chorób nowotworowych
•
Markery nowotworowe, hormony,
Markery nowotworowe, hormony,
cytokiny i ich wolne receptory,
cytokiny i ich wolne receptory,
czynniki wzrostu,
czynniki wzrostu,
•
Podstawowe składniki płynów
Podstawowe składniki płynów
ustrojowych, charakterystyka stanu
ustrojowych, charakterystyka stanu
ogólnego organizmu
ogólnego organizmu
Nowotwór
Nowotwór
•
zdolność syntezowania
zdolność syntezowania
de novo
de novo
substancji nie
substancji nie
wytwarzanych przez komórki prawidłowe
wytwarzanych przez komórki prawidłowe
(neoantygeny)
(neoantygeny)
•
wzmożona ekspresja genów, których produkty w
wzmożona ekspresja genów, których produkty w
komórkach prawidłowych pojawiają się tylko
komórkach prawidłowych pojawiają się tylko
przejściowo, na określonych etapach rozwoju, w
przejściowo, na określonych etapach rozwoju, w
okresie namnażania i różnicowania
okresie namnażania i różnicowania
(antygeny
(antygeny
towarzyszące nowotworom)
towarzyszące nowotworom)
•
zdolność wytwarzania hormonów lub substancji hormono-
zdolność wytwarzania hormonów lub substancji hormono-
podobnych
podobnych
(eutopowa lub ektopowa produkcja
(eutopowa lub ektopowa produkcja
)
)
•
zdolność wytwarzania
zdolność wytwarzania
cytokin i czynników wzrostu
cytokin i czynników wzrostu
•
wytwarzanie
wytwarzanie
substancji indukujących lipolizę i
substancji indukujących lipolizę i
proteolizę
proteolizę
Antygeny towarzyszące nowotworom
Antygeny towarzyszące nowotworom
•
Substancje - białka, glikoproteiny, glikolipidy,
Substancje - białka, glikoproteiny, glikolipidy,
lipoproteiny - wytwarzane w komórkach
lipoproteiny - wytwarzane w komórkach
nowotworowych, na powierzchni ich błon
nowotworowych, na powierzchni ich błon
cytoplazmatycznych a także w komórkach
cytoplazmatycznych a także w komórkach
prawidłowych w odpowiedzi na rozwijający się
prawidłowych w odpowiedzi na rozwijający się
nowotwór, które mogą być uwalniane do krążenia
nowotwór, które mogą być uwalniane do krążenia
(drogami „konwencjonalnymi” lub w następstwie
(drogami „konwencjonalnymi” lub w następstwie
nekrozy).
nekrozy).
Stężenie tych substancji w płynach ustrojowych
Stężenie tych substancji w płynach ustrojowych
musi spełniać określone wymagania, aby mogły
musi spełniać określone wymagania, aby mogły
być uznane za krążące markery nowotworowe
być uznane za krążące markery nowotworowe
Krążące markery nowotworowe - kryteria
kwalifikacyjne
• stężenie w osoczu powinno być proporcjonalne do
liczby komórek zdolnych do wytwarzania antygenu
tj. do liczby komórek nowotworowych tj. do wielkości
guza tj. do stadium zaawansowania choroby
• podwyższone stężenia spotykane są znacznie
częściej u chorych na nowotwory aniżeli u wszystkich
pozostałych „bez nowotworu”
• każdy zabieg cytoredukcyjny powinien powodować
spadek stężenia w czasie wynikającym z
biologicznego półokresu zaniku; progresji powinien
towarzyszyć wzrost stężenia
Krążące markery nowotworowe
Krążące markery nowotworowe
stężenie w osoczu zależne od:
• ekspresji w komórce,
• nasilenia syntezy,
• nasilenia procesu uwalniania,
• katabolizmu, klirensu,
• liczby komórek zdolnych do
produkcji,
• dostępności naczyń limfatycznych
i krwionośnych,
Markery nowotworowe
Markery nowotworowe
•
komórkowe markery nowotworowe
komórkowe markery nowotworowe
•
krążące markery nowotworowe:
krążące markery nowotworowe:
-
-
swoiste dla nowotworu (neoantygeny
swoiste dla nowotworu (neoantygeny
)
)
-
-
antygeny towarzyszące nowotworom:
antygeny towarzyszące nowotworom:
- antygeny płodowo-zarodkowe (np. CEA, AFP)
- antygeny płodowo-zarodkowe (np. CEA, AFP)
- antygeny łożyskowe (np. hCG, SP-1)
- antygeny łożyskowe (np. hCG, SP-1)
- antygeny transplantacyjne
- antygeny transplantacyjne
(np. CA 19-9, CA 125, CA 50, CA 15-3)
(np. CA 19-9, CA 125, CA 50, CA 15-3)
- enzymy i izoenzymy (np. PAP, PSA, NSE)
- enzymy i izoenzymy (np. PAP, PSA, NSE)
- inne substancje biologicznie czynne (np. ferrytyna)
- inne substancje biologicznie czynne (np. ferrytyna)
-
-
cytokiny, receptory cytokin)
cytokiny, receptory cytokin)
-
-
hormony produkowane eutopowo i ektopowo,
hormony produkowane eutopowo i ektopowo,
- nieswoiste markery nowotworowe (np. cytokiny, receptory cytokin,
- nieswoiste markery nowotworowe (np. cytokiny, receptory cytokin,
białka ostrej fazy, pierwiastki śladowe)
białka ostrej fazy, pierwiastki śladowe)
Eutopowa i ektopowa produkcja hormonów
Eutopowa i ektopowa produkcja hormonów
Eutopowa
Eutopowa
•
Nowotwory rozwijające się
Nowotwory rozwijające się
z gruczołów endokrynnych
z gruczołów endokrynnych
mogą być przyczyną
mogą być przyczyną
znacznego nasilenia
znacznego nasilenia
syntezy i uwalniania do
syntezy i uwalniania do
krążenia hormonów
krążenia hormonów
wytwarzanych w tych
wytwarzanych w tych
narządach w warunkach
narządach w warunkach
fizjologicznych
fizjologicznych
Ektopowa
Ektopowa
•
Wytwarzanie hormonów przez
Wytwarzanie hormonów przez
nowotwory rozwijające się z
nowotwory rozwijające się z
narządów i tkanek nie
narządów i tkanek nie
posiadających w warunkach
posiadających w warunkach
zdrowia własności
zdrowia własności
endokrynnych
endokrynnych
•
Mogą być wytwarzane hromony
Mogą być wytwarzane hromony
o budowia wysoce zblizonej do
o budowia wysoce zblizonej do
wytwarzanych fizjologicznie,
wytwarzanych fizjologicznie,
prekursory, podjędnostki –
prekursory, podjędnostki –
mogą mieć niewielką
mogą mieć niewielką
aktywnośc biologiczną
aktywnośc biologiczną
•
Efekty metaboliczne i objawy
Efekty metaboliczne i objawy
kliniczne zblizone do
kliniczne zblizone do
obserwowanych przy
obserwowanych przy
nadprodukcji przez gruczołu
nadprodukcji przez gruczołu
dokrewne
dokrewne
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
• 1848 r. - białko Bence-Jonesa
• 1930 r. - gonadotropina kosmówkowa
• 1941 r. - kwaśna fosfataza - monitorowanie
hormonoterapii u chorych na raka stercza
• 1959 r. - opracowanie immunochemicznego
oznaczania stężenia insuliny
• 1959 r. - analiza saturacyjna dla oznaczeń stężenia
hormonów tarczycy
• 1963 r. - AFP - marker pierwotnego raka wątroby
• 1965 r. - CEA - marker raka jelita grubego
• 1975 r. - metoda otrzymywania przeciwciał
monoklonalnych w warunkach hodowli in vitro
• 1979 r. - PSA
• 1983 r. - CA 125
Wiarygodność wyników badań laboratoryjnych
Wiarygodność wyników badań laboratoryjnych
decyduje o ich użyteczności diagnostycznej /
decyduje o ich użyteczności diagnostycznej /
klinicznej
klinicznej
Problem kontroli jakości wyników badań
Problem kontroli jakości wyników badań
laboratoryjnych
laboratoryjnych
k
A
Antygen + Przeciwciało Kompleks [Antygen-
Przeciwciało] k
D
•
Yalow RS, Berson S.A.
Yalow RS, Berson S.A.
Assay of plasma insulin in human subjects by
Assay of plasma insulin in human subjects by
immunological methods. Nature 1959; 184: 1648-1649.
immunological methods. Nature 1959; 184: 1648-1649.
•
Ekins RP.
Ekins RP.
The estimation of thyroxine in human plasma by electrophoretic
The estimation of thyroxine in human plasma by electrophoretic
technique. Clin Chim Acta 1960; 5: 453 – 462.
technique. Clin Chim Acta 1960; 5: 453 – 462.
•
Antygen: białka, peptydy, oligonukleotydy, hormony niebiałkowe, leki
Antygen: białka, peptydy, oligonukleotydy, hormony niebiałkowe, leki
witaminy,
witaminy,
Przeciwciała: poliklonalne (przeciwsurowice), monoklonalne,
Przeciwciała: poliklonalne (przeciwsurowice), monoklonalne,
polimonoklonalne, kinazy białkowe
polimonoklonalne, kinazy białkowe
•
Przebieg reakcji zgodny z prawem działania mas
Przebieg reakcji zgodny z prawem działania mas
Różnice w wynikach oznaczeń wykonywanych
różnymi metodami !!!
PROBLEM STANDARYZACJI METOD
IMMUNOCHEMICZNYCH
k
A
Antygen + Przeciwciało Kompleks [Antygen-
Przeciwciało] k
D
Antygen
• Własności immunogenne lub tylko antygenowe (hapteny)
• Znaczna heterogenność budowy
• Determinaty antygenowe: nieciągłe (12 – 15 reszt aminokwasowych) i ciągłe (3
– 6 reszt aminokwasowych)
• W płynach ustrojowych obecne różne izoformy, podtypy
• Wzorce I rzędowe (NIBSC/ECBS WHO): CEA, AFP, hCG , hCG-n, hCG, hCG-,
hCG-cf, PSA, PSA 10/90, ferrytyna
• Brak metod definitywnych (GC/MS)
Różnice w kalibratorach używanych do przygotowania
krzywych wzorcowych, heterogenność antygenu obecnego w
badanej próbce
Antygeny
Antygeny
•
subst. wielkocząsteczkowe -
subst. wielkocząsteczkowe -
białka, glikoproteiny, glikolipidy,
białka, glikoproteiny, glikolipidy,
subst. niskocząsteczkowe -
subst. niskocząsteczkowe -
hormony, leki
hormony, leki
•
własności immunogenne
własności immunogenne
samodzielnie lub jako hapten w
samodzielnie lub jako hapten w
połączeniu z białkiem
połączeniu z białkiem
nośnikowym,
nośnikowym,
•
własności antygenowe - zdolność
własności antygenowe - zdolność
wiązania z przeciwciałami
wiązania z przeciwciałami
•
wiele determinant antygenowych
wiele determinant antygenowych
(zespół 15-22 reszt, zasadniczo 3-
(zespół 15-22 reszt, zasadniczo 3-
6), sekwencyjne i przestrzenne
6), sekwencyjne i przestrzenne
(pofałdowanie łańcuchów)
(pofałdowanie łańcuchów)
•
heterogenność budowy
heterogenność budowy
Wzorce I rzędowe
Wzorce I rzędowe
Expert Committee on Biological Standardization WHO
Expert Committee on Biological Standardization WHO
•
Charakterystyka ogólna
Charakterystyka ogólna
- pochodzenie, produkcja, stan fizyczny,
- pochodzenie, produkcja, stan fizyczny,
jednorodność, dodatki, warunki przechowywania, stabilność
jednorodność, dodatki, warunki przechowywania, stabilność
•
Charakterystyka szczegółowa
Charakterystyka szczegółowa
- skład cząsteczkowy, specyfikacja
- skład cząsteczkowy, specyfikacja
próbki, czystość, podłoże, wartość nominalna, błąd pomiaru
próbki, czystość, podłoże, wartość nominalna, błąd pomiaru
•
procedury oceny jednorodności i stabilności, protokoły
procedury oceny jednorodności i stabilności, protokoły
postępowania dla uzyskania wartości nominalnych, informacja o
postępowania dla uzyskania wartości nominalnych, informacja o
producencie i dostawcy, instrukcja użycia, przeznaczenie
producencie i dostawcy, instrukcja użycia, przeznaczenie
k
A
Antygen + Przeciwciało Kompleks [Antygen-
Przeciwciało] k
D
Przeciwciała
Przeciwciała
•
Immunoglobuliny – głównie IgG – fragmenty Fab i F(ab)
Immunoglobuliny – głównie IgG – fragmenty Fab i F(ab)
2
2
(odpowiedzialne za wiązanie antygenu) i Fc
(odpowiedzialne za wiązanie antygenu) i Fc
•
Poliklonalne – heterogenna mieszanina przeciwciał o różnej swoistości
Poliklonalne – heterogenna mieszanina przeciwciał o różnej swoistości
Monoklonalne – skierowane przeciwko jednej determinancie antygenu
Monoklonalne – skierowane przeciwko jednej determinancie antygenu
(heteroswoistość)
(heteroswoistość)
Polimonoklonalne
Polimonoklonalne
•
Znaczna heterogenność
Znaczna heterogenność
•
Wzorce I rzędowe tylko dla nielicznych przeciwciał
Wzorce I rzędowe tylko dla nielicznych przeciwciał
Ograniczona swoistość, reakcje krzyżowe, możliwość
Ograniczona swoistość, reakcje krzyżowe, możliwość
interferowania fragmentu Fc (np. czynnik
interferowania fragmentu Fc (np. czynnik
reumatoidalny, białka dopełniacza
reumatoidalny, białka dopełniacza
)
Przeciwciała
•
glikoproteiny z rodziny
glikoproteiny z rodziny
immunoglobulin - głównie IgG
immunoglobulin - głównie IgG
•
tetramer zbudowany z 2
tetramer zbudowany z 2
identycznych łańcuchów
identycznych łańcuchów
lekkich (
lekkich (
lub
lub
) i 2 ciężkich
) i 2 ciężkich
•
regiony zmienne (V
regiony zmienne (V
L
L
i V
i V
H
H
) -
) -
znaczna heterogenność,
znaczna heterogenność,
odpowiedzialne za wiązanie z
odpowiedzialne za wiązanie z
epitopem antygenu
epitopem antygenu
(antydterminanta)
(antydterminanta)
•
regiony stałe (C
regiony stałe (C
L
L
i C
i C
H
H
) - 5
) - 5
typów łańcuchów (m.cz. 50 -
typów łańcuchów (m.cz. 50 -
70 kDa) - decydują o
70 kDa) - decydują o
przynależności do określonej
przynależności do określonej
klasy
klasy
k
A
Antygen + Przeciwciało Kompleks [Antygen-
Przeciwciało] k
D
Metody separacji kompleksu [Antygen-Przeciwciało]
Metody separacji kompleksu [Antygen-Przeciwciało]
•
Homogenne
Homogenne
(aglutynacja, turbidymetryczne, nefalometryczne, EMIT,
(aglutynacja, turbidymetryczne, nefalometryczne, EMIT,
fluorescencyjna polryzacja, CEDIA, scyntylacja bliskiego kontaktu)
fluorescencyjna polryzacja, CEDIA, scyntylacja bliskiego kontaktu)
–
–
nie wymagają separacji kompleksu
nie wymagają separacji kompleksu
•
Heterogenne – wymagają separacji kompleksu ze środowiska reakcji
Heterogenne – wymagają separacji kompleksu ze środowiska reakcji
•
Separacja fazy ciekłej vs. Separacja na fazie stałej
Separacja fazy ciekłej vs. Separacja na fazie stałej
Możliwe błędy wynikają z niecałkowitego usunięcia
znakowanego antygenu lub niezwiązanego
znakowanego przeciwciała
k
A
Antygen + Przeciwciało Kompleks [Antygen-
Przeciwciało]
k
D
Metody immunochemiczne
Metody immunochemiczne
•
Metody z niedoborem odczynnika
Metody z niedoborem odczynnika
vs
vs
. Metody z nadmiarem
. Metody z nadmiarem
odczynnika
odczynnika
(Ekins RP)
(Ekins RP)
•
Kompetycyjne
Kompetycyjne
vs
vs
. niekompetycyjne
. niekompetycyjne
•
Heterogenne
Heterogenne
vs
vs
. homogenne
. homogenne
•
Ze znakowanym antygenem
Ze znakowanym antygenem
vs
vs
. ze znakowanym przeciwciałem
. ze znakowanym przeciwciałem
•
W zależności od rodzaju użytego znacznika: izotop
W zależności od rodzaju użytego znacznika: izotop
promieniotwórczy, enzymy, fluorofory, substancje
promieniotwórczy, enzymy, fluorofory, substancje
chemiluminescencyne, ligandy
chemiluminescencyne, ligandy
Kontrola jakości
Kontrola jakości
•
Wewnętrzna kontrola jakości
Wewnętrzna kontrola jakości
•
Przynajmniej dwie próbki o różnych stężeniach analitu
Przynajmniej dwie próbki o różnych stężeniach analitu
włączone do serii pomiarowej – problem miejsca w serii
włączone do serii pomiarowej – problem miejsca w serii
pomiarowej
pomiarowej
•
Integralny element pomiaru serii próbek
Integralny element pomiaru serii próbek
•
Powtórzenia codzienne tych badań stanowią pozwalają na
Powtórzenia codzienne tych badań stanowią pozwalają na
uchwycenie trendu zmian warunków pomiarowych (karty Levey
uchwycenie trendu zmian warunków pomiarowych (karty Levey
i Jennings)
i Jennings)
•
Możliwość oceny błędów przypadkowych i systematycznych
Możliwość oceny błędów przypadkowych i systematycznych
•
Zewnętrzna kontrola jakości
Zewnętrzna kontrola jakości
•
Ocena w jakości pracy laboratorium
Ocena w jakości pracy laboratorium
•
Odniesienie do systemu pomiarowego
Odniesienie do systemu pomiarowego
•
Ocena systematycznego błędu pomiędzylaboratoryjnego
Ocena systematycznego błędu pomiędzylaboratoryjnego
•
Ocena porównywalności wyników pochodzących z różnych
Ocena porównywalności wyników pochodzących z różnych
laboratoriów
laboratoriów
Kontrola jakości – dobór materiału kontrolnego
Kontrola jakości – dobór materiału kontrolnego
•
Materiał kontrolny nie może być nigdy traktowany jako
Materiał kontrolny nie może być nigdy traktowany jako
wzorcowy/kalibracyjny
wzorcowy/kalibracyjny
•
Materiał kontrolny – w formie ciekłej lub liofilizowanej –
Materiał kontrolny – w formie ciekłej lub liofilizowanej –
zawiera substancje stabilizujące
zawiera substancje stabilizujące
•
Powinien być porównywalny pod względem skladu podłoża
Powinien być porównywalny pod względem skladu podłoża
do materiału biologicznego (próbek)
do materiału biologicznego (próbek)
•
Możliwości wytwarzania ludzkich białek rekombinowanych
Możliwości wytwarzania ludzkich białek rekombinowanych
Idealny marker - wymagania kliniczne
•
czułość i swoistość diagnostyczna
czułość i swoistość diagnostyczna
(prawdopodobieństwo
(prawdopodobieństwo
dodatniego wyniku testu u chorych na nowotwory i
dodatniego wyniku testu u chorych na nowotwory i
ujemnego u tych „bez nowotworu”)
ujemnego u tych „bez nowotworu”)
zbliżone do 100%
zbliżone do 100%
•
swoistość narządowa
swoistość narządowa
•
zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
procesu chorobowego
procesu chorobowego
•
wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu lub
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu lub
określonego stanu klinicznego na podstawie stężenia
określonego stanu klinicznego na podstawie stężenia
markera
markera
•
wartość prognostyczna - oszacowanie
wartość prognostyczna - oszacowanie
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu podstawowym
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu podstawowym
Ocena użyteczności diagnostycznej
Ocena użyteczności diagnostycznej testu
Ujemny
Ujemny
wynik testu
wynik testu
Dodatni
Dodatni
wynik testu
wynik testu
Chorzy
Chorzy
FU
FU
PD
PD
Czułość =
Czułość =
PD / [PD +
PD / [PD +
FU]
FU]
Zdrowi
Zdrowi
PU
PU
FD
FD
Swoistość =
Swoistość =
PU / [PU +
PU / [PU +
FD]
FD]
UWP =
UWP =
PU / [PU +
PU / [PU +
FU]
FU]
DWP =
DWP =
PD / [PD +
PD / [PD +
FD]
FD]
Dokładność =
Dokładność =
[PU+PD] /
[PU+PD] /
[FU+PU+PD+
[FU+PU+PD+
FD]
FD]
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Czułość = PD / [PD + FU]
Czułość = PD / [PD + FU]
Prawdopodobieństwo
Prawdopodobieństwo
podwyższonego
podwyższonego
stężenia markera u
stężenia markera u
chorych z nowotworem
chorych z nowotworem
Swoistość = PU / [PU + FD]
Swoistość = PU / [PU + FD]
Prawdopodobieństwo
Prawdopodobieństwo
niskiego stężenia markera
niskiego stężenia markera
u wszystkich badanych
u wszystkich badanych
„bez nowotworu”
„bez nowotworu”
UWP = PU / [PU + FU]
UWP = PU / [PU + FU]
Prawdopodobieństwo
Prawdopodobieństwo
występowania osób „bez
występowania osób „bez
nowotworu” wśród
nowotworu” wśród
badanych z niskim
badanych z niskim
stężeniem markera
stężeniem markera
DWP = PD / [PD + FD]
DWP = PD / [PD + FD]
Prawdopodobieństwo
Prawdopodobieństwo
występowania chorych
występowania chorych
wśród badanych z
wśród badanych z
podwyższonym stężeniem
podwyższonym stężeniem
markera
markera
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Dokładność = [PU+PD] / [FU+PU+PD+ FD]
Dokładność = [PU+PD] / [FU+PU+PD+ FD]
Prawdopodobieństwo zgodności stężenia
Prawdopodobieństwo zgodności stężenia
markera ze stanem klinicznym badanych
markera ze stanem klinicznym badanych
(niskiego stężenia u osób grupy referencyjnej i
(niskiego stężenia u osób grupy referencyjnej i
podwyższonego u chorych z nowotworem)
podwyższonego u chorych z nowotworem)
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Ocena użyteczności klinicznej markerów
Czułość / swoistość
Czułość / swoistość
diagnostyczna
diagnostyczna
•
Skład grupy chorych z
Skład grupy chorych z
nowotworem m.in. pod
nowotworem m.in. pod
względem stadium
względem stadium
zaawansowania
zaawansowania
•
Rodzaj i skład grupy
Rodzaj i skład grupy
referencyjnej
referencyjnej
•
Przyjęta wartość
Przyjęta wartość
odcinająca
odcinająca
Ujemna / dodatnia
Ujemna / dodatnia
wartość predykcyjna
wartość predykcyjna
•
Skład grupy chorych z
Skład grupy chorych z
nowotworem
nowotworem
•
Rodzaj i skład grupy
Rodzaj i skład grupy
referencyjnej
referencyjnej
•
Przyjęta wartość
Przyjęta wartość
odcinająca
odcinająca
•
Odsetek chorych w badanej
Odsetek chorych w badanej
grupie
grupie
Wartość odcinająca (
Wartość odcinająca (
cut-of
cut-of
value)
value)
•
Stężenie markera
Stężenie markera
odpowiadające 97,5
odpowiadające 97,5
percentylowi u ludzi
percentylowi u ludzi
zdrowych
zdrowych
•
Stężenie markera
Stężenie markera
odpowiadające 95 lub
odpowiadające 95 lub
97,5 percentylowi u
97,5 percentylowi u
osobników „bez
osobników „bez
nowotworu”
nowotworu”
•
Niższa wartość odcinająca
Niższa wartość odcinająca
– wyższa czułość diagn.
– wyższa czułość diagn.
•
Wyższa wartość
Wyższa wartość
odcinająca – niższa
odcinająca – niższa
czułość diagn.
czułość diagn.
Wartość odcinająca
Wartość odcinająca
Czułość / swoistość diagnostyczna
Czułość / swoistość diagnostyczna
•
Czułość i swoistość diagnostyczna – para wartości
Czułość i swoistość diagnostyczna – para wartości
odpowiadająca ściśle określonej wartości odcinającej
odpowiadająca ściśle określonej wartości odcinającej
•
Każda zmiana wartości odcinającej wiąże się ze
Każda zmiana wartości odcinającej wiąże się ze
zmianą czułości i swoistości diagnostycznej
zmianą czułości i swoistości diagnostycznej
•
Marker A
Marker A
– czułość 75 %
– czułość 75 %
- swoistość 60 %
- swoistość 60 %
•
Marker B
Marker B
– czułość 50 %
– czułość 50 %
- swoistość 90 %
- swoistość 90 %
•
Który z markerów cechuje się większą użytecznością
Który z markerów cechuje się większą użytecznością
diagnostyczną ?
diagnostyczną ?
Krzywe ROC
Krzywe ROC
(receiver operating characteristic
(receiver operating characteristic) –
zależność czułości względem swoistości
zależność czułości względem swoistości
diagnostycznej
diagnostycznej
doskonały
doskonały
bez wartości
bez wartości
Im bliżej górnego lewego rogu
Im bliżej górnego lewego rogu
wykresu przebiega krzywa ROC
wykresu przebiega krzywa ROC
tym lepszy marker
tym lepszy marker
100 - swoistość
cz
u
ło
ść
Krzywe ROC
Krzywe ROC
(receiver operating characteristic
(receiver operating characteristic) –
pole
pole
powierzchni pod krzywą – miara prawdopodobieństwa,
powierzchni pod krzywą – miara prawdopodobieństwa,
że wynik u chorego z nowotworem wyższy od wyniku
że wynik u chorego z nowotworem wyższy od wyniku
osobnika z grupy referencyjnej
osobnika z grupy referencyjnej
100 - swoistość
cz
u
ło
ść
P
1
P
2
P
3
P
4
P
n
Suma pól prostokątów
Suma pól prostokątów
- Czułość x [100-swoistość]
- Czułość x [100-swoistość]
Krzywe ROC
Krzywe ROC
(receiver operating characteristic
(receiver operating characteristic) –
zależność czułości względem swoistości
zależność czułości względem swoistości
diagnostycznej
diagnostycznej
doskonały
doskonały
bez wartości
bez wartości
Marker A–
Marker A–
pole pod krzywą ROC
pole pod krzywą ROC
bliskie 1
bliskie 1
Marker B –
Marker B –
pole pod krzywaą ROC
pole pod krzywaą ROC
ok. 0,5
ok. 0,5
100 - swoistość
cz
u
ło
ść
Porównanie czułości względem swoistości diagn. PSA i
PAP ( krzywe ROC)
1 - SWOISTOŚĆ
C
Z
U
Ł
O
Ś
Ć
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
PSA
PAP
Pola powierzchni pod krzywymi
ROC:
PSA 0,8912
+
0,017
p < 0,00001
PAP 0,8017
+
0,021
KRZYWE ROC – płaskonabłonkowy rak płuca
1 - SWOISTOŚĆ
C
Z
U
Ł
O
Ś
Ć
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
CYFRA 21-1
CEA
LDH
NSE
SCC-Ag
Pola powierzchni pod krzywymi
ROC:
CYFRA 21-1 0,9072 + 0,015
p <
0,0000
CEA 0,7469 + 0,024
N.S
NSE 0,7432 + 0,024
N.S
SCC-Ag 0,7147 + 0,025
N.S
LDH 0,6948 + 0,026
Idealny marker - wymagania kliniczne
• czułość i swoistość diagnostyczna
(prawdopodobieństwo dodatniego wyniku testu u
chorych na nowotwory i ujemnego u tych „bez
nowotworu”) zbliżone do 100%
• swoistość narządowa
• zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
procesu chorobowego
• wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu
lub określonego stanu klinicznego na podstawie
stężenia markera
• wartość prognostyczna - oszacowanie
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu
podstawowym
Swoistość narządowa
•
wysokie stężenie markera z dużym
wysokie stężenie markera z dużym
prawdopodobieństwem wskazuje na obecność procesu
prawdopodobieństwem wskazuje na obecność procesu
nowotworowego a równocześnie jednoznacznie
nowotworowego a równocześnie jednoznacznie
określa jego lokalizację narządową
określa jego lokalizację narządową
•
tylko nieliczne markery wykazują tę cechę –
tylko nieliczne markery wykazują tę cechę –
PSA i PAP
PSA i PAP
dla tkanki stercza;
dla tkanki stercza;
kalcytonina i tyreoglubulina
kalcytonina i tyreoglubulina
dla
dla
tarczycy
tarczycy
•
dla niektórych markerów potoczne stwierdzenie, że
dla niektórych markerów potoczne stwierdzenie, że
są swoiste dla nowotworu o danej lokalizacji
są swoiste dla nowotworu o danej lokalizacji
narządowej oznacza tylko, że wyniki ich oznaczeń
narządowej oznacza tylko, że wyniki ich oznaczeń
cechują się relatywnie wysoką czułością
cechują się relatywnie wysoką czułością
diagnostyczną w odniesieniu do tego nowotworu
diagnostyczną w odniesieniu do tego nowotworu
Idealny marker - wymagania kliniczne
• czułość i swoistość diagnostyczna
(prawdopodobieństwo dodatniego wyniku testu u
chorych na nowotwory i ujemnego u tych „bez
nowotworu”) zbliżone do 100%
• swoistość narządowa
• zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
procesu chorobowego
• wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu
lub określonego stanu klinicznego na podstawie
stężenia markera
• wartość prognostyczna - oszacowanie
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu
podstawowym
Zależność stężenia markera od zaawansowania
Zależność stężenia markera od zaawansowania
ZAAWANSOWANIE
P
S
A
[
n
g
/m
l]
0.32
1.0
3.2
10.0
32.0
100.0
320.0
1000.0
3200.0
10000.0
32000.0
I
II
III
IV
Me = 14.64
Me = 32.30
Me = 80.84
Me = 310.60
r
s
= 0.603
p < 0.00001
Wymagania diagnostyczne/kliniczne
• czułość i swoistość diagnostyczna
(prawdopodobieństwo dodatniego wyniku testu u
chorych na nowotwory i ujemnego u tych „bez
nowotworu”) zbliżone do 100%
• swoistość narządowa
• zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
procesu chorobowego
• wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu
lub określonego stanu klinicznego na podstawie
stężenia markera
• wartość prognostyczna - oszacowanie
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu
podstawowym
Rak stercza – zależność prawdopodobieństwa
dodatniego wyniku scyntygrafii kośćca względem
stężenia PSA
• stężenie PSA < 10
ng/ml - ujemna
wartość predykcyjna
dla wykluczenia
przerzutów do kośćca
99%
• dotyczy wyłącznie
uprzednio nie
leczonych hormonalnie
chorych na raka
stercza
(Oesterling i wsp.,
1995)
Ujemna i dodatnia wartość predykcyjna
Ujemna i dodatnia wartość predykcyjna
Test
Test
„-”
„-”
Test
Test
„+”
„+”
Chorz
Chorz
yn=10
yn=10
0
0
20
20
80
80
Cz.
Cz.
80%
80%
Ref.
Ref.
n =
n =
100
100
90
90
10
10
Sw.
Sw.
90%
90%
UWP
UWP
81,8%
81,8%
DWP
DWP
88,8%
88,8%
Test
Test
„-”
„-”
Test
Test
„+”
„+”
Chorz
Chorz
yn=10
yn=10
0
0
20
20
80
80
Cz.
Cz.
80%
80%
Ref.
Ref.
n =
n =
10000
10000
0
0
90000
90000
10000
10000
Sw.
Sw.
90%
90%
UWP
UWP
99,98
99,98
%
%
DWP
DWP
0,79%
0,79%
Element rozrywki
Element rozrywki
Czułość diagnostyczna markera nowotworowego określa:
Czułość diagnostyczna markera nowotworowego określa:
a)
a)
Prawdopodobieństwo podwyższonego stężenia markera u
Prawdopodobieństwo podwyższonego stężenia markera u
ludzi zdrowych
ludzi zdrowych
b)
b)
Prawdopodobieństwo niskiego stężenia markera u chorych
Prawdopodobieństwo niskiego stężenia markera u chorych
z nowotworem
z nowotworem
c)
c)
Prawdopodobieństwo podwyższonego stężenia markera u
Prawdopodobieństwo podwyższonego stężenia markera u
chorych z nowotworem
chorych z nowotworem
d)
d)
Prawdopodobieństwo stwierdzenia chorego z nowotworem
Prawdopodobieństwo stwierdzenia chorego z nowotworem
w grupie badanych z podwyższonym stężeniem markera
w grupie badanych z podwyższonym stężeniem markera
e)
e)
Prawdopodobieństwo zgodności wyników oznaczeń
Prawdopodobieństwo zgodności wyników oznaczeń
markera ze stanem klinicznym badanych
markera ze stanem klinicznym badanych
Element rozrywki - Jaka jest swoistość diagn. wyników
Element rozrywki - Jaka jest swoistość diagn. wyników
oznaczeń markera?
oznaczeń markera?
Ujemny
Ujemny
wynik testu
wynik testu
Dodatni
Dodatni
wynik testu
wynik testu
Chorzy
Chorzy
N =
N =
200
200
?
?
?
?
Czułość =
Czułość =
60%
60%
Zdrowi
Zdrowi
N =
N =
100
100
?
?
?
?
Swoistość =
Swoistość =
?
?
UWP =
UWP =
50%
50%
DWP =
DWP =
?
?
Dokładność =
Dokładność =
?
?
Odpowiedź - Ocena użyteczności diagnostycznej
Odpowiedź - Ocena użyteczności diagnostycznej testu
Ujemny
Ujemny
wynik testu
wynik testu
Dodatni
Dodatni
wynik testu
wynik testu
Chorzy
Chorzy
N =
N =
200
200
80
80
120
120
Czułość =
Czułość =
60%
60%
Zdrowi
Zdrowi
N =
N =
100
100
80
80
20
20
Swoistość =
Swoistość =
80%
80%
UWP = 50%
UWP = 50%
DWP =
DWP =
85,7%
85,7%
Dokładność=
Dokładność=
66,6%
66,6%
Element rozrywki - Jaka jest swoistość diagn. i
Element rozrywki - Jaka jest swoistość diagn. i
dokładność wyników oznaczeń markera?
dokładność wyników oznaczeń markera?
Ujemny
Ujemny
wynik testu
wynik testu
Dodatni
Dodatni
wynik testu
wynik testu
Chorzy
Chorzy
20
20
?
?
Czułość = 80%
Czułość = 80%
Zdrowi
Zdrowi
?
?
?
?
Swoistość =
Swoistość =
?
?
UWP = 80%
UWP = 80%
DWP =
DWP =
?
?
Dokładność =
Dokładność =
?
?
Odpowiedź - Ocena użyteczności diagnostycznej
Odpowiedź - Ocena użyteczności diagnostycznej testu
Ujemny
Ujemny
wynik testu
wynik testu
Dodatni
Dodatni
wynik testu
wynik testu
Chorzy
Chorzy
20
20
80
80
Czułość =
Czułość =
80%
80%
Zdrowi
Zdrowi
80
80
20
20
Swoistość =
Swoistość =
80%
80%
UWP = 80%
UWP = 80%
DWP = 80%
DWP = 80%
Dokładność =
Dokładność =
80%
80%
Idealny marker - wymagania kliniczne
• czułość i swoistość diagnostyczna
(prawdopodobieństwo dodatniego wyniku testu u
chorych na nowotwory i ujemnego u tych „bez
nowotworu”) zbliżone do 100%
• swoistość narządowa
• zależność bezwzględnego stężenia od zaawansowania
procesu chorobowego
• wysoka ujemna i dodatnia wartość predykcyjna dla
wykluczenia lub potwierdzenia obecności nowotworu
lub określonego stanu klinicznego na podstawie
stężenia markera
• wartość prognostyczna - oszacowanie
prawdopodobieństwa przeżycia po leczeniu
podstawowym
CZYNNIKI ROKOWNICZE
CZYNNIKI ROKOWNICZE
PROGNOSTYCZNE
PROGNOSTYCZNE
Prawdopodobieństwo
przeżycia
bezobjawowego
lub całkowitego chorych
• Analiza jednoczynnikowa -
wybór optymalnych wartości
dyskryminatora
• Krzywe prawdopodobieństwa
przeżycia
• Analiza wieloczynnikowa
(model hazardu wg Cox’a)
PREDYKCYJNE
PREDYKCYJNE
Prawdopodobieństwo
obecności lub wykluczenia
określonego stanu
klinicznego, reakcji na
leczenie systemowe
DWP = PD / [PD + FD]
UWP = PU / [PU + FU]
Czynniki predykcyjne / prognostyczne:
Czynniki predykcyjne / prognostyczne:
ANATOMICZNE
• stopień zaawansowania
(wielkość guza, stan węzłów
chłonnych, odległe
przerzuty)
• histologiczny typ nowotworu
• stopień złośliwości
• ploidia DNA
MOLEKULARNE
• p53
• c-erb B2
• c-myb
• c-myc
„
NIEANATOMICZNE”
• wiek, płeć
• stan sprawności
• ubytek masy ciała
• rodzaj leczenia
• operator
• przetoczenia krwi
BIOCHEMICZNE
• markery nowotworowe
• cytokiny
• białka ostrej fazy
• enzymy
• hormony
Wartość predykcyjna i prognostyczna
Wartość predykcyjna i prognostyczna
TIME [months]
P
ro
b
a
b
il
it
y
o
f
s
u
rv
iv
a
l
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
stage I + II
stage IIIA
stage IIIB + IV
p = 0.0021
p = 0.0000
TIME [months]
P
ro
b
a
b
il
it
y
o
f
s
u
rv
iv
a
l
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
albumin
> 32.8 g/L
albumin < 32.8 g/L
p = 0.0059
TIME [months]
P
ro
b
a
b
il
it
y
o
f
s
u
rv
iv
a
l
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
CYFRA 21-1
< 3.4
g/L
CYFRA 21-1 > 3.4
g/L
p = 0.0000
TIME [months]
P
ro
b
a
b
il
it
y
o
f
s
u
rv
iv
a
l
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
NSE < 26.0 g/L
NSE > 26.0
g/L
p = 0.0053
Krążące markery nowotworowe
Krążące markery nowotworowe
Krążące markery nowotworowe
Krążące markery nowotworowe
Potencjalne zastosowania wyników badań:
• wykrywanie (skrinning),
• rozpoznawanie,
• ocena zaawansowania,
• lokalizacja,
• prognozowanie,
• monitorowanie:
- przebiegu choroby
nowotworowej
- ocena efektywności leczenia,
- kontrola chorych dla wczesnego
wykrycia wznowy i/lub
przerzutów,
- leczenia uzupełniającego, ocena
reakcji chorych
Badania przesiewowe
Badania przesiewowe
• bezpieczne
(nieinwazyjne)
• dokładne (wiarygodne)
• niski koszt
• łatwe do
przeprowadzenia
• Grupy wysokiego ryzyka
zagrożenia nowotworami
• Brak odpowiednio czułych i
swoistych metod i technik
• Kompleksowy charakter
badań:
- fizykalne
- techniki obrazowania
- biochemiczne,
- mikrobiologiczne,
- cytologiczne
Wykrywanie
Wykrywanie
• markery nowotworowe jako samodzielne badanie
nie są użyteczne
w badaniach przesiewowych
populacji dla wykrycia nowotworów
• oznaczenia
niektórych
markerów
znajdują
zastosowanie w zespole z innymi metodami
diagnostycznymi w badaniach grup wysokiego
ryzyka
zagrożenia
nowotworami
m.in.
z
predyspozycjami
rodzinnymi,
narażeniem
zawodowym
(dodatnia
wartość
predykcyjna
powinna być wyższa od 20 - 30%),
• PSA – rak stercza; CA 125 – rak jajnika; hCG –
ciążowa choroba trofoblastyczna; CEA - rak
jelita grubego; AFP – pierwotny rak wątroby
Wykrywanie
Warunek krytyczny:
Czułość i swoistość diagnostyczna tak
wysoka aby, dodatnia wartość
predykcyjna
(DWP) > 10 – 20 - 30%
Dla stosunku liczebności grupy chorych do grupy
referencyjnej zbliżonego do danych epidemiologicznych
Rozpoznawanie
• rozpoznanie nowotworu złośliwego może być dokonane
wyłącznie na podstawie badania mikroskopowego
materiału uzyskanego drogą biopsji lub podczas operacji
• wyniki oznaczeń stężenia markerów nowotworowych
stanowią informacje pomocniczą u osób z objawami
sugerującymi obecność nowotworu
• istotna użyteczność:
hCG w ciążowej chorobie trofoblastycznej
CEA w raku jelita grubego przy obecności krwi
w kale
hCG/AFP w nowotworach zarodkowych
AFP w pierwotnym raku wątroby
PSA, PAP w raku stercza
CT w raku rdzeniastym tarczycy
Ocena zaawansowania
• stężenie markera z założenia powinno być
proporcjonalne do stadium zaawansowania
• zależność ta ma charakter wyłącznie
statystyczny i na podstawie wyniku
oznaczenia nie można określić stadium
zaawansowania choroby u pojedynczego
chorego
Zależność PSAD względem stadium zaawansowania u
Zależność PSAD względem stadium zaawansowania u
chorych na raka stercza
chorych na raka stercza
ZAAWANSOWANIE
P
S
A
D
[n
g
/m
l/
0.03
0.10
0.32
1.0
3.2
10.0
32.0
100.0
320.0
I
II
III
IV
Me=0.2681
Me=0.7487
Me=1.5328
Me=6.4306
r
s
= 0.5738
p < 0.0000
c
m
3
]
Monitorowanie / kontrola
Monitorowanie / kontrola
•
wyjściowe stężenie markera może być niskie przy
wyjściowe stężenie markera może być niskie przy
obecności procesu nowotworowego w organizmie
obecności procesu nowotworowego w organizmie
•
podwyższone wyjściowe stężenie markera po leczeniu
podwyższone wyjściowe stężenie markera po leczeniu
radykalnym powinno spaść do „normy”
radykalnym powinno spaść do „normy”
•
w kontroli po leczeniu wzrost stężenia markera jest
w kontroli po leczeniu wzrost stężenia markera jest
sygnałem reaktywizacji procesu chorobowego - wznowy
sygnałem reaktywizacji procesu chorobowego - wznowy
i/lub odległych przerzutów
i/lub odległych przerzutów
•
nasilony wzrost stężenia markera sugeruje obecność
nasilony wzrost stężenia markera sugeruje obecność
odległych przerzutów; przy wznowie miejscowej dynamika
odległych przerzutów; przy wznowie miejscowej dynamika
wzrostu słaba
wzrostu słaba
•
wzrost stężenia markera może znacznie wyprzedzać w
wzrost stężenia markera może znacznie wyprzedzać w
czasie manifestację objawów klinicznych i radiologicznych
czasie manifestację objawów klinicznych i radiologicznych
reaktywizacji procesu chorobowego
reaktywizacji procesu chorobowego
Markery - kontrola po leczeniu
Markery - kontrola po leczeniu
Próby optymalizacji efektywności diagnostyki
Próby optymalizacji efektywności diagnostyki
» Jeden marker
» Dwa markery
» Trzy markery
• Wzrost czułości diagnostycznej
• Spadek swoistości diagnostycznej
• Pozbawione uzasadnienia, gdy wyniki wykazują silną korelację