Nieuwe genetische biomarkers voor operatie kandidaatschap bij refractaire epilepsie: Whole Exome Sequencing bij historische cohorten van patiënten

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 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
toegepast kunnen worden in de klinische, prechirurgische fase.

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
1. Verrichten van trio-WES in MRI-negatieve patiënten die ofwel bewezen slechte
(cohort 1) ofwel bewezen goede kandidaten zijn (cohort II), met als doel het
valideren van bestaande en ontdekken van nieuwe genetische varianten die
voorspellend zijn voor de geschiktheid van patiënten met refractaire focale
epilepsie voor epilepsiechirurgie.

Hypothese:
Onze hypothese is dat het ontdekken van nieuwe pathogene varianten met
functionele validatie zal leiden tot het verbeteren van de diagnostische
bruikbaarheid en validiteit van genetische screening. Tevens 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 én het
voorkomen van onnodige invasieve lokaliserende diagnostische technieken. Dit
tezamen kan uiteindelijk leiden tot een efficiënter prechirurgisch
evaluatietraject waarin goede -verondersteld lesionele focale
epilepsiepatiënten- van slechte chirurgiekandidaten beter van elkaar kunnen
worden onderscheiden.

Algemene opzet:
In deze 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, prechirurgsche
fase. In een parallelle studie, zullen we starten met de prechirurgische fase,
waarin we routinematige genetische diagnostiek toepassen bij 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. Voor deze
studie zal 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
implementeren 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.

We zullen trio (ouders en patiënt) WES diagnostiek verrichten in een
retrospectief cohort van 50 focale epilepsie patiënten die een slechte
chirurgiekandidaat bleken te zijn, en 50 patiënten die een goede uitkomst
hadden na epilepsiechirurgie. Gevonden nieuwe mutaties zullen funcitoneel
worden gevalideerd. Patiënten zulen geselecteerd worden uit de participerende
centra in Utrecht en Londen.

Ons onderzoeksvoorstel heeft tot doel om de implicaties van genetisch onderzoek
te beschrijven in patiënten met medicamenteus onbehandelbare epilepsie die een
evaluatietraject ondergingen 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 en tevens nieuwe genetische varianten ontdekken. De last
voor patiënten in de beide cohortstudies is minimaal en bestaat uit een
venapunctie voor bloedafname. 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.