Automated Identification of Targeted Therapy Strategies in Precision Oncology

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URI: http://hdl.handle.net/10900/147726
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-1477266
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-89067
Dokumentart: PhDThesis
Date: 2023-11-14
Language: English
Faculty: 7 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Department: Informatik
Advisor: Kohlbacher, Oliver (Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2023-10-20
DDC Classifikation: 004 - Data processing and computer science
500 - Natural sciences and mathematics
Keywords: Bioinformatik , Individualisierte Medizin , Onkologie , Pipeline
Other Keywords:
Variant Annotation
Clinical Annotation
Precision Oncology
Clinical Decision Support Tool
Molecular Tumor Board
License: http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=de http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=en
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Inhaltszusammenfassung:

Individualisierung in der Krebsbehandlung beruht auf gezielten Strategien, die auf die genomischen Merkmale der Patienten zugeschnitten sind, die pathologische Anomalien verursachen. Die Extrapolation von Phänotyp-Genotyp-Beziehungen auf onkologische Kliniken hat zu einem weniger kostspieligen und effizienteren Krebsbehandlungsmodell geführt. Die Umsetzung ist jedoch nach wie vor schwierig, da für die komplexe Analyse verschiedene Bioinformatik-Tools und Datenbanken erforderlich sind. Sie beruht auf dem individuellen Fachwissen der MTBs, die einen nicht standardisierten Rahmen mit einer begrenzten Anzahl von Quellen ausführen. Die Nachteile bestehender Tools bestehen darin, dass sie Programmierkenntnisse erfordern, den Datenschutz nicht berücksichtigen, eine Vielzahl von Datenbanken mit klinischer Evidenz enthalten und keine auf die Arbeitsabläufe von Molekularen Tumorboards (MTBs) zugeschnittene Benutzeroberfläche haben. Wir haben ClinVAP entwickelt, ein kohärentes Framework für die klinische Annotation von Genomvarianten, das den Prozess der Erstellung patientenspezifischer Diagnoseberichte automatisiert, indem es die lange Liste von Mutationen in klinische Implikationen übersetzt.Wir haben es mit den Gen-Gen-Interaktionen angereichert, die auch den Inhalt der gestörten Signalwege aufzeigen. Wir haben die kombinierten Ergebnisse in einer interaktiven grafischen Benutzeroberfläche (GUI) bereitgestellt, die die Backend-Operationen von den Nutzern isoliert und es ihnen ermöglicht, die Ergebnisse zu bearbeiten. Wir haben die Anpassungsfähigkeit von ClinVAP anhand von retrospektiven Fällen gemessen, um ihre inhaltliche Gleichheit mit der manuellen Implementierung im MTB zu vergleichen. Die Unterschiede beruhten hauptsächlich auf Expertenmeinungen. Der Inhalt und die Struktur der automatisierten Patientenberichts-Tools sind eine umfassende Grundlage für die Entscheidungsfindung. Die Zukunft der Präzisionsonkologie hängt von der Zugänglichkeit des gesammelten molekularen Wissens über die krankheitsverursachenden Faktoren ab. Die Vielzahl der Bioinformatik-Tools und die schiere Größe der Genomdaten stellen ein Hindernis für die Bereitstellung dieser Informationen in Krankenhäusern dar. Unsere Lösungen erhöhen nicht nur ihre klinische Anwendbarkeit, sondern zeigen auch, dass das Feld bereit ist, automatisierte Lösungen zu entwickeln. Darüber hinaus werden Standardisierung und Archivierung Populationsstudien erleichtern, da molekulare Analysen archiviert und als Informationen an das System zurückgegeben werden können.

Abstract:

Precision in cancer treatment builds upon targeted strategies tailored to the genomic traits of patients instigating pathological abnormalities. Extrapolating phenotype to genotype translations to oncology clinics has led to a less costly and more efficient cancer care model. However, its implementation remains challenging due to the complex analysis trajectory requiring various bioinformatics tools and databases. It relies on the individual expertise of MTBs executing a non-standard framework with a limited number of pharmacogenomics sources. The disadvantages of existing tools emanate from requiring programmatic skills, not addressing data privacy concerns, the large number of clinical evidence databases, and the lack of GUI tailored to MTB’s workflow. We created ClinVAP, a cohesive framework for clinical annotation of genomic variants which automates the process of generating patient-specific diagnostic reports by translating the long list of mutations to clinical implications. We enriched it with the gene-gene interactions that also reveal the content of disrupted pathways. We provided the combined results in an interactive GUI which isolates backend operations from the users and allows them to operate through the results. We measured the adaptability of ClinVAP using retrospective cases to compare their contentwise equality to the MTB’s implementation. The differences were mainly based on expert opinion. The content and the structure of the automated patient reporting tools form a comprehensive foundation to be used in decision making. The future of precision oncology depends on the accessibility of the accumulated molecular knowledge of the disease-contributing factors. The number of bioinformatics tools and the sheer size of genome data is a barrier to making this information available in hospitals. Our solutions not only increase their clinical applicability, but also demonstrate the field’s readiness to generate automated solutions. Moreover, standardization and archiving will facilitate population studies, allowing molecular analyses to be archived and returned to the system as information.

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