Next Generation (high throughput) Sequencing (NGS)

Next Generation (high throughput) Sequencing (NGS) Willem de Leeuw, PhD Verksamhetsutvecklare Centrumledning Diagnostikcentrum Diagnostikcentrum Region Östergötland Universitetssjukhuset Linköping SE-581 85 Linköping Mobil: +46 (0)70 6786428 Willem.de.Leeuw@regionostergotland.se www.regionostergotland.se 1

Next Generation (high throughput) Sequencing (NGS) Outline: Precisionsmedicine och klinik Sekvenserings teknologi - NGS Etablering av en klinisk NGS plattform ur ett patientperspektiv inom Sydöstrasjukvårdsregionen Farmakologi Pharmacogenomics och NGS 2

Laboratoriemedicin i Framtiden och framtidsprojekten Next Generation Sequencing (NGS) genomsekvensering 2016 Framtidsprojekt för utveckling av ett gemensam plattform med nya teknologi och nya arbetssätt ur ett patientperspektiv

Next Generation (high throughput) Sequencing (NGS) Etablering av en klinisk NGS plattform ur ett patientperspektiv Utveckla NGS baserad genetisk analys för individualiserad vård Möjlighet att erbjuda patienten i hela Sydöstra sjukvårdsregionen tillgång till bättre diagnostik och behandlingsstyrande analyser genom individanpassad behandling (precisions medicine) 4

Nationellt initiativ för precisionsmedicin i vården och klinik Start av en nationellt initiativ Utveckling i linjen med arbetet i GMS nätverket 5

6 GMS

7 GMS

8

9

Klinik och precisionsmedicin Personalized medicine precision medicine Personalized medicine refers to the tailoring of medical treatment to the individual characteristics of each patient. It does not literally mean the creation of drugs or medical devices that are unique to a patient, but rather the ability to classify individuals into subpopulations that differ in their susceptibility to a particular disease or their response to a specific treatment. Preventive or therapeutic interventions can then be concentrated on those who will benefit, sparing expense and side effects for those who will not. 10

Precisionsmedicin Genetisk variation inom läkemedelsmetabolism läkemedel tolerans och känslighet 11

12 Precisionsmedicin

Sekvensering och precisionsmedicin Riktad sekvensering för målstyrd behandling av sjukdomer Prognostiska markörer (diagnostik) prediktiva markörer för behandling och markörer kopplad till effekt av läkemedelsbehandling 13

14 Behandlingsprediktiva markörer i framkant inom NSCLC

Laboratoriemedicin i Framtiden och framtidsprojekten Behandlingsprediktiv panel för solida tumörer 15

Laboratoriemedicin i Framtiden och framtidsprojekten Utveckla NGS baserad genetisk analys för individualiserad vård Målsättning är att erbjuda patient i hela Sydöstra sjukvårdsregionen tillgång till bättre diagnostik för individualiserad behandling Säkerställa bättre diagnostik i hela Sydöstra sjukvårdsregionen Lokal uppbyggnad av kompetens för att värdera resultat (t.ex. vid multidisciplinära konferenser) Följa nationella vårdprogram och nationella riktlinjer Samtidigt en bas för att kunna delta i och bedriva egna kliniska forskning

Diagnostikcentrum Laboratoriemedicin Klinisk Patologi Klinisk Kemi Provmottagning Immunologi och transfusionsmed. KITM Klinisk Genetik Klinisk Farmakologi Klinisk Mikrobiologi Gemensam laboratorium facilitet för genomsekvensering och molekylärbiologi Storskalig Next Generation Sequencing (NGS) Molekylärbiologiska analyser 17

Gemensam plattform för storskalig klinisk genomsekvensering En gemensam plattform för hela SÖR samarbete över klinikgränserna och region Gemensamma lokaler, teknologi och instrument Tillvaratagande av kompetens Samarbete kring kvalitetsfrågor som dokumentation och ackreditering Gemensamma IT-lösningar: analys-servrar, lagring, mjukvaror 18

19 Sekvenserings teknologi - NGS

20 Sekvenserings teknologi -NGS

MPS: massive parallel sequencing Next Generation sequencing (NGS) Parallel sequencing reads Multiple targets Multiple samples First Generation sequencing (Sanger sequencing) Single sequencing reads 21

22 NGS-hur funkar det?

23 Bibliotekspreparation (Library prep)

24 Multiplexing

25 Klonal amplifiering Emulsion PCR - Bridge amplification

26 Sekvensering Sequencing by synthesis

27 Rådata fil och primär analys

28 Bioinformatik

29 Bioinfomatiska verktyg

30 Bioinformatiska pipelines

31 Validering och dataanalys

32 Validering och dataanalys

33 Klinisk tolkning och rapportering

Internal MedTek-14 NGS data management Datacenter för NGS plattform QCS Powerstation (GeneReader Workflow) QCI-I WebbClient GeneReader \\ngscifs.lio.se\powerstation_1 \\ngscifs.lio.se\powerstation_1_ref D-NGSMGM1 Gateway D-NGSAPP1 D-NGS1 D-NGS2 D-NGS3 D-NGS4 D-NGS5 D-NGS6 D-NGSMGM2 Master GeneReader Link Worker Node Worker Node Worker Node Worker Node Worker Node GUI X 34

Gemensam plattform för storskalig klinisk genomsekvensering 35

Klinisk rapport Martin Hallbeck

Klinisk områden Prediktiv Patologi: Solida tumörer (colon, lunga, ovarial, bröst tumörer) Genetik: Hjärtsjukdomer (ARVC, FH) Genetik: Ärftliga komplexa sjukdomar Mikrobiologi: karaktärisering av MRSA, ESBL, VRE och 16Sartbestämning av svåridentifierade kliniskt relevanta bakterier, multiresistent gener, smittspårning Kemi: Blodsjukdomer Farmakologi: pharmacogenetics (läkemedel tolerans och känslighet) (Utvecklingsfas samverkan RÖ/LiU) 37

Sekvenserings teknologi och kemi Mutation hotspot re-sequencing paneler Genpaneler (exonen av 15-94 gener) Human exom panel (7200 gener) WGS Instrumentpark NGS e-infrastruktur Bioinformatisk verktyg 38

Farmakologi: pharmacogenetics och NGS Genetisk variation inom läkemedelsmetabolism läkemedel tolerans och känslighet 39

40 Farmakologi: pharmacogenetics och NGS

41 Farmakologi: pharmacogenetics och NGS

42 Farmakologi: pharmacogenetics och NGS

Farmakologi: pharmacogenetics och NGS Utmaningar: Referens datasets Kandidat targets (TPMT, Cyp2D6, Cyp2C9, Cyp2C19) Genetisk variation (variant hotspot paneler) Teknologi: Long reads Känslighet djupt sekvensering Tolkning av data (kliniks validering) 43

Farmakologi: pharmacogenetics och NGS Utveckling pharmocogenetics i klinik och vården Utveckling av resequencing variant hotspot panel - TPMT, Cyp2D6, Cyp2C9, Cyp2C19 Jämförelse med nuvarande analyser (pyrosekvensering) Diskrepanser: (t.ex. TPMT enzymaktivitet) NGS exomsekvensering Tolkning av data (validering av bioinformatik pipelines) 44

Sekvensering och NGS Sammanfattning NGS-MPS standard teknologi med bred användning inom precisionsmedicin och klinik Effektivitet, kostnader: core facilities, plattform Storskalig och specifik (särskilt fokusområde eller disciplin) Olika krav på teknologi utveckling Standardisering inom klinik och vården Kvalitet och riktlinjer Farmakologi: referensdata (national databas) och klinisk tolkning! 45

Next Generation (high throughput) Sequencing (NGS) Willem de Leeuw, PhD Verksamhetsutvecklare Centrumledning Diagnostikcentrum Diagnostikcentrum Region Östergötland Universitetssjukhuset Linköping SE-581 85 Linköping Mobil: +46 (0)70 6786428 Willem.de.Leeuw@regionostergotland.se www.regionostergotland.se 46

47