Fecaal calprotectine: (pre)- analytiek en toegevoegde waarde in de diagnose en follow-up van IBD Werkgroep Klinische Biologie West-Vlaanderen 23 januari 2018 Matthijs Oyaert
Overzicht Inleiding Inflammatoire darmziekten Pre-analytiek Analytische aspecten Conclusies
Inflammatoire darmziekten 3 Inflammatory Bowel Disease Diagnose Biomarkers? Auto-immuunziekte Intestinale inflammatie: ulcera, bloedingen, diarree Oorzaak ongekend (genetisch + trigger) Symptomen aspecifiek Abdominale pijn, diarree, constipatie, melena, koorts, moeheid, DD: IBS, lactose-intolerantie, infectieuze colitis, appendicitis, diverticulitis, (ischemische) colitis, carcinoom 2 entiteiten: Morbus Crohn Colitis Ulcerosa
Inflammatoire darmziekten 4 Inflammatory Bowel Disease Diagnose Biomarkers? Ulcerative colitis Crohn s colitis
Inflammatoire darmziekten 5 Inflammatory Bowel Disease Diagnose Biomarkers? Endoscopie Beeldvorming Histologie op biopsie + Gouden standaard Niet goedkoop (167.16 ) Invasief Vaak negatief (functionele ziekte) Biomerker? 1. Snel en eenvoudig te bepalen 2. Aanvaardbare sensitiviteit en specificiteit 3. Goedkoop 4. Niet invasief
Inflammatoire darmziekten 6 Inflammatory Bowel Disease Diagnose Biomarkers? Systemische merkers ESR, CRP, ANCA, ASCA, WBC, PLT, Hb + Eenvoudige staalname lage sensitiviteit en specificiteit intestinale infammatie inferieure correlatie met ziekte activiteit Faecale merkers?
Inflammatoire darmziekten Calprotectine Defensins S100A12 Lactoferrin MPO Lactoferrin Calprotectine Lactoferrin Lactoferrin PMN elastase MPO MPO S100A12 Neutrofielen Monocyten Macrofagen Lymfocyten
Inflammatoire darmziekten 8 Inflammatory Bowel Disease Diagnose Biomarkers? Systemische merkers ESR, CRP, ANCA, ASCA + Eenvoudige staalname lage sensitiviteit en specificiteit intestinale infammatie inferieure correlatie met ziekte activiteit Faecale merkers? Occult blood, lactoferrine, PMN-elastase, MPO Faecaal calprotectine (S100/A8/A9)? Faecaal calgranuline C (S100A12)? Staalname + Niet verhoogd bij extra-digestieve processen? + Colonoscopie vervangen?
Definitie Faecaal calprotectine is een 36 kda groot calcium en zink bindend eiwit samengesteld uit 2 verschillende units (S100A8 & S100A9) Dimeer 60% cytosol neutrofielen Resistent aan bacteriële degradatie Serum als faecaal
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Faecaal calprotectine (S100A12) 10 Colon Cancer Coeliac Disease Microscopic Colitis Diverticulitis Infectious Diarrhea Small Bowel Enteropathy Crohn Colitis Ulcerosa IBS Tibble et al. Gastroenterology 2002; 123: 450-60.
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Faecaal calprotectine (S100A12) 11 Monitoring Disease Activity Predicting relapse Monitoring response treatment Macroscopic and histological inflammation Disease activity scores (CDEIS, SESCD, ) Alibrahim B, et al. Can J Gastroenterol 2015;29: 157-163.
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Faecaal calprotectine (S100A12) 12 Monitoring Disease Activity Predicting relapse Monitoring response treatment 90% of patients with FC >50µg/g have relapse <1 year FC better predictor for relapse in UC and colonic CD, poor for ileal CD Ikhtaire et al. J Gastroenterol 2016; 51: 434-446.
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Faecaal calprotectine (S100A12) 13 Monitoring Disease Activity Predicting relapse Monitoring response treatment
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Faecaal calprotectine (S100A12) 14 Rugtveit J et al. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition 2002;34:323
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Calgranuline C (S100/A12) 15 Diagnostische performantie Correlatie ziekteactiviteit
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Diagnostische performantie 16 Whitehead SJ et al. J Clin Pathol 2017;70:1049-1056. S100A8/A9 en S100A12 hebben een vergelijkbare diagnostische performantie
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Correlatie ziekteactiviteit 17 Whitehead SJ et al. J Clin Pathol 2017;70:1049-1056. S100-A12 correlates significantly with the Mayo UC disease severity score (r = 0.6875; p = 0.001), but not with the CD HBI disease index (r = 0.2593; p=0.3923)
Inflammatoire darmziekten - Biomerkers Calgranuline C (S100/A12) Diagnostische performantie Inter-assay variabiliteit? Correlatie ziekteactiviteit Standaardisatie? Veelbelovend, meer evidentie noodzakelijk
AANTAL PAPERS Andere toepassingen? 19 450 Faecal calprotectin Medline 1958 2017 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Andere toepassingen? 20 Spondyloarthritis Primary Sjögren syndrome Systemic sclerosis Cypers H, et al. Ann Rheum Dis 2016;7:1357-1362.
Andere toepassingen? 21 Spondyloarthritis Primary Sjögren syndrome Systemic sclerosis Andréasson K, et al. Arthritis Research & Therapy 2016;18:9.
Andere toepassingen? 22 Spondyloarthritis Primary Sjögren syndrome Systemic sclerosis Andréasson K, et al. Arthritis reasearch & Therapy 2014;16:R46
Andere toepassingen? 23 Spondyloarthritis Primary Sjögren syndrome Systemic sclerosis Andréasson K, et al. Arthritis reasearch & Therapy 2014;16:R46
Pre-analytiek Weegmethode Volumetrische methode
Pre-analytiek Weegmethode Volumetrische methode
Pre-analytische pitfalls 26 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Roche Smart Prep extraction device Thermo Fischer extraction device Inova extraction device Calex Cap extraction device
Pre-analytische pitfalls 27 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Staalnr Gewicht Smart Prep (mg) Gewicht Thermo Fischer (mg) FC Smart Prep (µg/g) Pt 1 92 973 Pt 2 100 252 Pt 3 96 236 Pt 4 93 133 Pt 5 108 25 Pt 6 98 45 Pt 7 109 15 Pt 8 90 237 Pt 9 105 124 Pt 10 89 622 Pt 11 85 73 Pt 12 94 48 Pt 13 93 23 Pt 14 94 117 Pt 15 108 419 FC Thermo Fischer (µg/g) Staal Consistentie
Pre-analytische pitfalls 28 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Staalnr Gewicht Smart Prep (mg) Gewicht Thermo Fischer (mg) FC Smart Prep (µg/g) FC Thermo Fischer (µg/g) Staal Consistentie Pt 1 92 3 973 0 Vloeibaar Pt 2 100 16 252 354 Halfvast Pt 3 96 3 236 130 Vloeibaar Pt 4 93 7 133 67 Vloeibaar Pt 5 108 17 25 30 Halfvast Pt 6 98 10 45 63 Vast Pt 7 109 14 15 15 Vast Pt 8 90 8 237 75 Vloeibaar Pt 9 105 2 124 44 Vloeibaar Pt 10 89 14 622 669 Vast Pt 11 85 6 73 33 Vloeibaar Pt 12 94 5 48 16 Vloeibaar Pt 13 93 19 23 27 Halfvast Pt 14 94 13 117 185 Vast Pt 15 108 17 419 763 Vast
Pre-analytische pitfalls 29 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders n = 183 Slope: 0.96 (95%CI: 0.93 1.02) Intercept: 0.00 (95%CI: 0.00 0.00) n = 35 Slope: 0.60 (95%CI: 0.44-0.87) Intercept: 0.00 (95%CI: 0.00-0.00)
Pre-analytische pitfalls 30 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Staalnr Gewicht Roche Smart Prep extraction device, FC (µg/g) Inova extraction device, FC (µg/g) Mean difference Pt 2 105.5 207.5 <16.1-92.3 Pt 4 97.3 16.1 <16.1 0 Pt 11 102.2 532.6 630.9 18.5 Pt 15 89.0 87.9 108.8 20.9 Pt 28 100.0 41 23.8-41.9 Pt 37 129.1 996.3 1263.4 26.8 Pt 49 100.5 451.4 460.7 2.1 Pt 51 81.0 140.6 138.5-1.5 Pt 58 73,6 886,6 585,6-33,9 Pt 63 106,7 695,6 767,6 10,4 Pt 66 94,2 102,9 77,6-24,6 Pt 67 96,5 31,9 32,6 2,2 Pt 69 97,5 61,6 < 16,1 73,9 Pt 83 105,0 51,6 < 16,1 68,8 Pt 84 91,5 20,2 < 16,1-20,4 Pt 91 102,9 291,7 245,9-15,7 Pt 92 96,8 78,1 80,1 2,5
Pre-analytische pitfalls 31 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Whitehead SJ et al. Annals of Clinical Biochemistry 2013;50:53-61.
Pre-analytische pitfalls 32 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Median CV s: 3.1 127.8% (!) Lasson A et al, Journal of Crohn s Colitis 2015;9:26-32.
Pre-analytische pitfalls 33 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Lasson A et al, Journal of Crohn s Colitis 2015;9:26-32.
Pre-analytische pitfalls 34 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Oyaert M, et al. Clinica Chimica Acta 2017;473:124-126.
Pre-analytische pitfalls 35 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Poullis A et al. Eur J Gastroenterol & Hepatol 2003;15:573-4
Pre-analytische pitfalls 36 Extractie procedure Dag-tot-dag variabiliteit Stabiliteit Confounders Dumoulin E, et al. Clin Chem Lab Med 2015;53:2003-8.
Analytische aspecten 1992 First ELISA s Røseth et al. Until 2011 Development of novel ELISA s 2000 New simplified feces sample Prep method Tøn et al. 2012 First POCT assays Coorevits et al, 2012 Lobaton T et al, 2013
Analytische aspecten Point-of-care test Eenvoudige implementatie Manueel invoeren pt-gegevens Analyse staal per staal o Snel o Onmiddellijk implementeerbaar Imprecisie o Within run (n=10): 3.5% o Between run (1 extr, n=20): 19.3% o Between run ( extr, n=20): 18.9% Verdunning: Normal & High Range Prijs/ test: 32.45 Geautomatiseerde assay (FEIA) Meerdere analyses op toestel Directe koppeling met LIS Analyse in batch? (bv. 2x/week) o Resultaat later gekend o Niet direct implementeerbaar Imprecisie: o Within run (n=10): 2.7 % o Between run (1 extr, n=20): 9.7% o Between run ( extr, n=20): 10.7% Eén enkele verdunning (toestel of manueel) Prijs/test: 32.00
Analytische aspecten 1992 First ELISA s Røseth et al. Until 2011 Development of novel ELISA s 2014 Automated assays: FEIA Labaere et al, 2014 Oyaert et al, 2014 2000 New simplified feces sample Prep method Tøn et al. 2012 First POCT assays Coorevits et al, 2012 Lobaton T et al, 2013 2016 Automated assays: PETIA and CLIA s Delefortrie et al, 2016 De Sloovere et al, 2017 Oyaert et al, 2017
Analytische aspecten Thermo Scientific ImmunoCAP 250 FEIA Diasorin Liaison CLIA Roche Cobas c501 Bühlmann fcal Turbo PETIA INOVA BioFlash CLIA Orgentec Alegria ELISA Quantalyser Euroimmun ELISA
Analytische aspecten 41 Manufacturer EliA Calprotectin 2 Diasorin Calprotectin Inova Quanta Flash Bühlmann fcal Turbo Euroimmun Calprotectin Orgentec Calprotectin Capture Monoclonal, native Monoclonal, recombinant Polyclonal, native NA Monoclonal, native Antibody Detection Monoclonal, mouse Monoclonal, recombinant Monoclonal, native Polyclonal, avian Monoclonal, native Measuring range N of calibrators Measuring principle Proposed cut-off (µg/g) LOQ N tests/kit 3.8 6000.0 6 FEIA 50 3.8 64 5.0 8000.0 2 CLIA 50 5.0 100 16.1 3500.0 3 CLIA 50 16.1 100 20.0 8000.0 6 PETIA 50 20.0 200 6.5 2100.0 6 ELISA 50 6.5 96 Polyclonal Monoclonal 5.2 1000.0 NR ELISA 50 5.2 24
Casus Sinds paar maanden buikpijn Geen diarree Geen rectaal bloedverlies Geen gewichtsverlies Bepaling fecaal calprotectine Geen medicatie gebruik Negatieve familie-anamnese voor IBD Microbiologie diagnostiek: negatief Caucasische man, 55j CRP: 19 mg/l WBC: 11.6 x 10 3 /µl Fecaal calprotectine: Methode 1:?245 µg/g? Methode 2:?56 µg/g? Methode 3:?26.7 µg/g?
Casus Wat is er aan de hand?
Analytische aspecten 44 Verdeling concentraties faecaal calprotectine tussen 6 verschillende assays p > 0.05* p > 0.05* p > 0.05* p > 0.05* High Medium Low Significant (p<0.05) differences in fecal calprotectin concentration between all assays, except for the 4 indicated assays.
Analytische aspecten 45 Assay EliA Quanta Flash Diasorin Euroimmun fcal Turbo* Orgentec Manufacturer s cut-off (µg/g) 50 50 50 50 50 50 Sensitivity (%) (95% CI) Specificity (%) (95% CI) 100 (83.9-100) 66.2 (53.4-77.4) 100 (82.4-100) 72.9 (59.7-83.6) 100 (83.9-100) 78.5 (66.5-87.7) 100 (83.9-100) 58.4 (45.6-70.6) 100 (83.9-100) 66.2 (53.4-77.4) 100 (83.9-100) 58.6 (45.6-70.6) ROC s cut-off (µg/g) 376 115 111 371 285 477 Sensitivity (%) (95% CI) Specificity (%) (95% CI) Cut-off (µg/g) at a fixed specificity of 75% Sensitivity (95%CI) Cut-off (µg/g) at a fixed specificity of 95% Sensitivity (95%CI) 85.7 (63.7-97.0) 100 (94.5-100) 100 (82.4-100) 86.4 (75.3-92.9) 100 (83.9-100) 96.9 (89.3-99.6) 95.2 (76.2-99.9) 96.9 (89.3-99.6) 95.2 (76.2-99.9) 95.4 (87.1-99.0) 100 (83.9-100) 98.5 (91.7-100) 102 61.6 41.3 125 71.9 142.9 95.2 (76.2-99.9) 100 (82.4-100) 100 (83.9-100) 100 (83.9-100) 100 (83.9-100 100 (83.9-100) 250.0 208.7 110 345.4 284.5 411.9 85.7 (63.7-97.0) 84.2 (60.4-96.6) 100 (83.9-100) 95.2 (76.2-99.9) 95.2 (76.2-99.9) 100 (83.9-100)
Analytische aspecten 46
Analytische aspecten 47
Conclusies Faecaal calprotectine: added-value diagnose en follow-up van IBD?? Andere merkers op komst? Waarde als diagnostische merker in andere domeinen? Do not forget about pre-analytics in faecal calprotectin analysis Standaardisatie staalname Homogeniseren alvorens staalname Validatie stabiliteit extractiebuffer Validatie extractie device verschillende staaltypes
Conclusies Faecaal calprotectine: added-value diagnose en follow-up van IBD Do not forget about pre-analytics in faecal calprotectin analysis Diagnostische performantie: Resultaten niet uitwisselbaar: standaardisatie! Verschillende diagnostische cut-offs ( manufacturer cut-off) Hoogste specificiteit: CLIA (Meerdere) resultaatintervallen: diagnostische performantie
Matthijs Oyaert, Werkgroep Klinische Biologie West Vlaanderen, 23 januari 2018