Epilepsiechirurgie evaluatie bij patienten met refractaire epilepsie: prospectieve toepassing van genetische diagnostiek

Epilepsiechirurgie is de enige behandelmodaliteit die patiënten met epilepsie
volledig kan genezen van de aanvallen zonder dat er een noodzaak blijft voor
een farmacologische onderhoudsbehandeling. Tijdens de operatie wordt de
epileptogene zone verwijderd of losgemaakt, waarbij het omliggende normaal
functionerende hersenweefsel wordt gespaard. De kans op een postoperatieve
uitkomst met complete aanvalsvrijheid is het grootst wanneer de epileptogene
laesie volledig wordt verwijderd/losgemaakt. Hoewel in het verleden alleen
patiënten met een zichtbare, structurele MRI-afwijking (als aangewezen oorzaak
voor de epilepsie) werden gezien als potentiele operatiekandidaten, worden
tegenwoordig steeds meer patiënten geëvalueerd met refractaire epilepsie en
normale beeldvorming. Momenteel worden 60-70% van deze MRI-negatieve (maar
verondersteld (lesionele/structurele) patiënten geweigerd voor een operatie,
meestal na een intensief invasief diagnostisch traject. Geopereerde
MRI-negatieve patiënten hebben een kleinere kans om aanvalsvrijheid te
bereiken. Verder is de afwezigheid van een histopathologische afwijking (~8%
van alle geopereerde patiënten) een significante voorspeller voor een slechte
uitkomst.
Bij MRI-negatieve patiënten met refractaire focale aanvallen die worden
geëvalueerd, wordt de epilepsie ofwel veroorzaakt door een *onzichtbare*
microstructurele afwijking/corticale malformatie *vermoedelijk geassocieerd met
een hoge kans op postoperatieve aanvalsvrijheid*, door een genetisch syndroom
zonder een identificeerbare laesie *vermoedelijk geassocieerd met een lage kans
op aanvalsvrijheid na de operatie*, of door een combinatie van deze twee opties
(bijvoorbeeld tubereuze sclerose). Het kunnen maken van het noodzakelijke
onderscheid tussen mensen met operabele en niet-operabele epilepsie (oftewel
een veronderstelde lesionele en niet lesionele oorzaak van de aanvallen) vraagt
om nieuwe en betrouwbare biomarkers. Pathogene varianten in nieuwe en bekende
epilepsie genen vormen dergelijke biomarkers en worden momenteel nog niet
routine-matig geïmplementeerd in de prechirurgische fase. Deze studie zal
pre-operatieve genetische diagnostiek verrichten in de prechirurgische fase en
onderzoeken wat de voorspellende waarde is van (nieuwe) genetische biomarkers
voor wat betreft het onderscheiden tussen geschikte en ongeschikte kandidaten
voor epilepsiechirurgie, het voorspellen van de uitkomst, en in het algemeen
het verruimen van kennis op het gebied van genetica en focale epilepsie. De
keuze om de uitkomsten van genetische diagnostiek mee te laten wegen in de
besluitvorming ligt altijd bij de hoofdbehandelaar en het multidisciplinaire
team.
De meeste paradigmaverschuivende ontdekkingen op het gebied van epilepsie en
genetica worden thans gedaan binnen de focale epilepsie (FE) en corticale
malformaties, waarin kiemcel- en somatische genmutaties bewijzen dan FE vaak
een genetische basis kent. In het bijzonder worden mutaties in genen die de
mTOR pathway reguleren, die momenteel tot in 9% van de patiënten worden
aangetoond, nu gezien als de meest voorkomende oorzaak van FE. Recentelijk
hebben wij een review verricht van de literatuur aangaande de uitkomst van
epilepsiechirurgie bij patiënten met focale epilepsie en een bevestigde
genetische diagnose, aan de hand van verschillende genetische oorzaken. De
belangrijkste bevinding was het verschil tussen de lage kans op aanvalsvrijheid
(14%) in patiënten met mutaties in genen geassocieerd met kanaalfunctie en
synaptische transmissie, versus de hogere succeskans (71%) in patiënten met
mutaties in genen die betrokken zijn bij de mTOR pathway. Dit ondersteund de
aanname dat het bestuderen van genetische variaties in patiënten met FE de
besluitvorming en uiteindelijk patiëntenselectie binnen het prechirurgisch
evaluatietraject kan verbeteren.

Doel van het onderzoek:
Het doel van het onderzoek is om de selectie van patiënten voor
epilepsiechirurgie en het voorspellen van geschiktheid voor een operatie te
verbeteren, met behulp van de bevindingen bij genetisch onderzoek als
biomarker. De specifieke doelstellingen zijn:

Cohort I
1. Toepassen van genetische diagnostiek naar epilepsie genmutaties bij
MRI-negatieve patiënten binnen het prechirurgisch evaluatietraject van 3 grote
Europese centra die gespecialiseerd zijn in epilepsiechirurgie. Hierbij stellen
wij tot doel om de selectie van operatiekandidaten te verbeteren door te testen
op genmutaties in bekende epilepsiegenen, die ofwel wijzen op een structurele
focale en derhalve chirurgisch behandelbare oorzaak van epilepsie, of wel
primaire genetische niet lesionele oorzaken van epilepsie. Identificatie van
genmutaties in individuele patiënten kunnen dus ofwel richting een goede ofwel
richting een slechte geschiktheid voor een operatie wijzen.

2. Het evalueren van de bruikbaarheid van genetische biomarkers in
epilepsiechirurgie programma*s. Het doel is om te meten wat de impact is van
genetische diagnostiek op de prechirurgische evaluatie, besluitvorming en de
uitkomst/medicatiebeleid na de operatie in MRI-negatieve patiënten. De
resultaten van de genetische analyse van alle patiënten zullen individueel
worden teruggekoppeld aan de multidisciplinaire teams voor epilepsiechirurgie
in het deelnemende centrum

Cohort 2
3. Uitvoeren van screening op somatische mutaties in gereseceerd weefsel van
patiënt dien epilepsie chirurgie hebben ondergaan, om de histopathologische
kenmerken en postoperatieve prognose en behandeling te verbeteren. We zullen
ook ultra-deep targeted sequencing verrichten in een buccale sample van alle
patiënten die een operatie hebben ondergaan, om somatisch mozaïsche epilepsie
genmutaties op te sporen met als doel om de diagnostische opbrengst van
genetische diagnostiek in de prechirurgische fase te vergroten.

Hypothese:
Onze hypothese is dat het routinematig testen op kiemcel mutaties in
MRI-negatieve patiënten met refractaire focale epilepsie het eenvoudiger maakt
om te differentiëren tussen goede operatiekandidaten (ofwel het onderscheiden
van de patiënten met een focale structurele oorzaak voor de aanvallen) en
degene die minder geschikt zijn voor epilepsiechirurgie (met name degene met
niet-lesionele genetische epilepsiesyndromen), met als uiteindelijk resultaat
het verhogen van het percentage patiënten dat aanvalsvrijheid bereikt na de
operatie en het voorkomen van onnodige invasieve lokaliserende diagnostische
technieken. Daarnaast veronderstellen we dat de detectie van somatische
mutaties in gereseceerd weefsel de histopathologische diagnose kan verbeteren,
alsmede het voorspellen van de uitkomst en AED-behandelstrategieën. Verder gaan
nemen we aan dat de detectie van somatische mozaïcisme mutaties in speeksel van
geopereerde patiënten, met behulp van ultra-deep sequencing technieken, de
diagnostische opbrengst van genetische diagnostiek tijdens de prechirurgische
fase kan verhogen. Dit tezamen kan uiteindelijk leiden tot een efficiënter
prechirurgisch evaluatietraject waarin goede *verondersteld lesionele focale
epilepsiepatiënten* en slechte chirurgiekandidaten beter van elkaar kunnen
worden onderscheiden.


Algemene opzet:
De studie start met de applicatie fase, waarin we routinematige genetische
diagnostiek toepassen in MRI-negatieve patiënten (bloed) en gereseceerd weefsel
van geopereerde patiënten, als proof-of-concept, en ter evaluatie van het
effect van de identificatie van genetische biomarkers op de prechirurgische
besluitvorming, histopathologische karakteristieken en het voorspellen van de
uitkomst van chirurgie. In een parallelle studie, zullen we de reikwijdte van
genetische biomarkers verder exploreren in een meer experimentele fase met als
doel het vinden van nieuwe biomarkers voor focale epilepsie die tevens
functioneel zullen worden gevalideerd en vervolgens ingezet zullen worden in de
klinische toepassingsfase. Voor deze studie zal gelijktijdig een separate
indiening voor ethische toetsing worden voorgelegd.

Algemene relevantie:
Aanvalscontrole wordt niet bereikt in ~30% van alle patiënten gemeten 12
maanden na epilepsiechirurgie. Degene met een normale MRI-scan (MRI-negatief)
hebben zelfs een hogere kans op slechte uitkomst (tot ~50%) na operatie omdat
het preoperatief differentiëren tussen patiënten met ofwel focale lesionele
(structurele) epilepsie, of met focale genetische niet lesionele epilepsie,
niet eenvoudig is gebleken. Het is van cruciaal belang om de selectie van
geschikte chirurgiekandidaten te verbeteren, mede om het risico van onnodige
invasieve diagnostiek en niet succesvolle resectieve chirurgie in te perken.
Wij veronderstellen dat routinematig testen van recent ontdekte genetische
oorzaken van epilepsie in MRI-negatieve patiënten, kan leiden tot een
verbetering van het herkennen van slechte chirurgische kandidaten en het
voorkomen van verdere prechirurgische en invasieve diagnostische modaliteiten.
Vice versa; het aantonen van een genetische abnormaliteit die sterk
geassocieerd is met een structurele oorzaak (zoals FCD of mMCD), kan mogelijk
bijdragen aan het herkennen van patiënten die geschikte kandidaten zijn voor
chirurgie, ondanks een normale MRI-hersenen. Maar bovenal, bij patiënten met
refractaire focale niet-lesionale epilepsie bij wie semiologie en ictale
EEG-bevindingen niet concordant zijn met andere functionele beeldvormende
technieken die beogen de epileptogene zone te localiseren (zoals MEG, PET, en
SPECT), zou het aantonen van een genetische onderliggende oorzaak van het
epilepsie syndroom moeten voorkomen dat invasief en kostbaar (verder)
prechirurgisch onderzoek, zoals grid of SEEG, plaatsvindt. Momenteel hebben
genetische studies de aanzet gegeven tot *personalized medicine* door de
potentiele relevantie van genetische mutaties voor focale epilepsie aan te
tonen. Echter, deze fundamentele ontdekkingen worden nog niet ingezet in de
klinische praktijk ten behoeve van betere zorg. Ons voorstel zal de
implementatie van genetische mutaties in het epilepsie chirurgie evaluatie
traject versnellen, door te starten met genetisch onderzoek bij MRI-negatieve
patiënten die geïncludeerd worden in het prechirurgische traject. Door het
toepassen van genetische analyse in de klinische praktijk, en zowel prospectief
als retrospectief analyseren van de impact hiervan op de prechirurgische
evaluatie, beogen wij het bewijs te leveren dat nodig is voor het blijven
toepassen van genetische diagnostiek bij refractaire epilepsie. De combinatie
van fundamenteel en toegepast onderzoek van tenminste 2 verschillende
instituten, in samenwerking met minimaal 2 gerenommeerde buitenlandse centra,
zal het klinische bewijs leveren dat nodig is om moleculaire diagnostiek te
implementeren in aanloop naar epilepsiechirurgie.

De studie betreft een non-interventie studie die de etiologie en prognose zal
exploreren en uitgevoerd zal worden in twee fases. De studie gaat uit van de
afdeling Kinderneurologie en de afdeling Genetica in het UMC Utrecht. DNA zal
worden verzameld van geschikte patiënten op het moment dat zij starten met het
prechirurgische evaluatieprogramma in één van de deelnemende Europese Centra
(UCL Great Ormond Street Institute of Child Health & Great Ormond Street
Hospital for Children, London, UK; Hospices Civils de Lyon, Lyon, France), en
het UMC Utrecht (Utrecht, NL). De duur van de studie zal ongeveer 4 jaar
bedragen. In het verleden is gebleken dat deze centra tezamen ~100
MRI-negatieve patiënten per jaar evalueren voor epilepsiechirurgie, waarvan ~25
een operatie ondergaan. We gaan er daarom vanuit dat er binnen 4 jaar 400
patiënten geschikt zijn voor deelname aan de studie. We schatten in dat meer
dan 75% van de patiënten mee zullen doen op basis van voorgaande ervaring, en
daarom gaan we ervan uit dat 75 patiënten per jaar zullen worden geïncludeerd
(300 in 4 jaar)

Cohort I
Tijdens de eerste fase van de studie, zal DNA (uit een bloedafname middels
venapunctie) verzameld worden uit geschikte kandidaten vanaf het moment dat zij
starten met het prechirurgische evaluatieprogramma in een van de participerende
centra. WES-gebaseerde gen panel sequencing en array technieken zullen gebruikt
worden in 1 van de gecontracteerde laboratoria (UMC Utrecht en/of BGI
genomics). Indien een gelijke genetische analyse reeds is verricht als
onderdeel van routine klinische zorg, zal genetische diagnostiek als onderdeel
van de studie niet dubbel worden verricht. De resultaten van het onderzoek
zullen geanalyseerd worden binnen de standaard diagnostische procedures en
teruggekoppeld worden aan het multidiciplinaire team bestaande uit genetici,
clinici en onderzoekers binnen het UMC te Utrecht en vervolgens aan de
hoofdbehandelaar in de participerende centra.
De keuze óf en hoe de resultaten van het genetische onderzoek invloed hebben op
de prechirurgische besluitvorming zullen volledig overgelaten worden aan het
betreffende multidisciplinaire team van het deelnemende centrum. Met een
descriptieve analyse, zullen we onderzoeken hoe de genetische bevindingen van
invloed zijn op het prechirurgische evaluatietraject en de besluitvorming. We
zullen de patiënten met en zonder genetische afwijkingen vergelijken op 1)
procesindicatoren (duur van de prechirurgische evaluatiefase tot aan de
beslissing, aantal standaard onderzoeken die verricht zijn, aantal invasieve
onderzoeken (inclusief opbrengst en complicaties) en het aantal geopereerde
patiënten, en 2) postoperatieve uitkomst voor wat betreft de aanvallen (volgens
de Engel schaal, 1 jaar na de operatie)

Cohort II
In deze fase zal prospectief DNA-diagnostiek worden verricht *middels een NGS
gen panel analyse- in gereseceerd weefsel van alle patiënten die een operatie
ondergingen voor medicamenteuze refractaire focale epilepsie (FE) met een
bevestigde MCD, GNT of negatieve pathologie in het UMCU. Het doel is om de
histopathologische karakterisatie en predictie van uitkomst na operatie te
kunnen verbeteren.
Onze huidige ervaring is dat we mogen verwachten om 50 weefsel samples te
includeren per jaar, wat neer komt op 200 samples in 4 jaar.
Daarnaast zullen we ultra-deep sequencing toepassen in speeksel van geopereerde
patiënten om op zoek te gaan naar somatische mozaïsche mutaties met het doel op
de opbrengst van genetische diagnostiek die prechirurgische kan worden
toegepast te verbeteren.
Bij patiënten bij wie geen genetische diagnose werd gevonden in DNA uit
hersenweefsel zullen we whole exome sequencing verrichten om nieuwe genmutaties
in de toekomst te kunnen opsporen, bijvoorbeeld de mutaties die gedurende dit
onderzoek of via internationale consortia bekend worden. Onze resultaten zullen
we met onze internationale partners binnen deze consortia die tot doel hebben
om nieuwe epilepsiegene te identificeren. Het delen van deze resultaten draagt
bij aan de kans op het vinden van gelijkende patiënten met dezelfde soort
nieuwe mutaties. Dit gegeven is nodig om bewijs te kunnen vinden voor de
causaliteit/pathogeniciteit van de betreffende mutatie.

Ons onderzoeksvoorstel heeft tot doel om de implicaties van genetisch onderzoek
te beschrijven in patiënten met medicamenteus onbehandelbare epilepsie die een
evaluatietraject ondergaan voor epilepsiechirurgie. Daarnaast willen wij de
huidige veronderstelling dat sommige subtypen van genetische mutaties
geassocieerd zijn met de geschiktheid van een patiënt voor epilepsiechirurgie,
verder onderzoeken. De last voor patiënten in de beide cohortstudies is
minimaal: standaard klinische zorg zal meestal reeds een venapunctie voor
bloedafname rechtvaardigen. Bij de patiënten bij wie dit niet het geval is,
vormt de lichamelijke last voor een patiënt bij deelname aan het onderzoek
uitsluiten een venapunctie voor bloedafname (cohort I) of een speekseluitstrijk
(cohort II), in sommige gevallen kan het beide betreffen indien de patient
zowel in cohort 1 als cohort 2 wordt geïncludeerd (bijvoorbeeld een patiënt die
in het UMC Utrecht de prechirurgische evaluatie ondergaat en geopereerd wordt).
Klinische gegevens zullen worden verkregen via het elektronisch
patiëntensysteem, dit vormt derhalve geen belasting voor de patiënt.
Concluderend is de last voor deelname aan de studie laag, het risico
verwaarloosbaar. Er is weliswaar geen direct voordeel voor de proefpersoon
geassocieerd met de studie, desondanks zal de kennis die middels deze studie
zal worden verkregen, bijdragen aan het verbeteren van besluitvorming,
patiëntselectie en het voorspellen van de uitkomst na chirurgie door de
multidisciplinaire teams in het evaluatietraject voor epilepsiechirurgie. De
inclusie van minderjarigen in deze studie is gerechtvaardigd: betekenisvolle
resultaten kunnen alleen verkregen worden middels de groep-gerelateerde opzet.