Integrated VISualization of Intra-Tumor Heterogeneity
- Reference number
- BD15-0095
- Start and end dates
- 170101-220901
- Amount granted
- 26 322 289 SEK
- Administrative organization
- Karolinska Institutet
- Research area
- Life Sciences
Summary
Modern personalized anti-cancer treatments still fail in many patients at some point during the disease because of genetic, epigenetic, and phenotypic intra-tumor heterogeneity (ITH). Thus, there is an urgent need to develop both experimental and computational methods that can reliably capture this heterogeneity and convert ITH data into meaningful and actionable knowledge in the clinical context. Here, we address this challenge by integrating cutting-edge sequencing and microscopy technologies with advanced computational algorithms to VISualize ITH in prostate cancer samples (iVISITH). First, we integrate 3D digital pathology with advanced sequencing-based methods to obtain spatially resolved maps of DNA sequence and copy number, DNA methylation, DNA accessibility, and RNA expression. Second, we combine state-of-the-art computational pipelines to perform efficient processing and analysis of the imaging and sequencing data obtained. Finally, we apply Topological Data Analysis as a robust mathematical framework to reduce the complexity and enable visualization of high-dimensional ITH data by pathologists and clinicians. This project will have high impact both on the technology and clinical front, placing Sweden at the forefront of the emerging field of spatially resolved omics and setting the premise for a strong personalized cancer medicine infrastructure in Sweden, by bringing high-end technologies and data science methods closer to the patient.
Popular science description
Under de senaste årtiondena har många framstående cancercenter runtom i världen börjat utveckla behandlingsprogram som baseras på begreppet ’personalized cancer medicine’ som innebär att behandlingen skräddarsys för patientens unika cancer snarare än att man behandlar all cancer av en viss typ på samma sätt. Trots stora satsningar inom området så misslyckas många riktade behandlingar hos ett stort antal patienter, troligtvis på grund av att den individuella cancern utgör ett eget mycket komplext ekosystem bestående av milliontals celler med olika genetiska och funktionella egenskaper. Dessa egenskaper varierar både över tiden, till följd av att cancern utvecklas eller vid svar på behandling, men även spatiellt i olika delar av tumören eller i olika metastaser. Denna enorma variation, eller så kallad ’intra-tumörheterogenitet’ (ITH), har stor betydelse för hur och om tumören kommer att svara på behandling, samt om den kommer att bilda livshotande metastaser eller ej. Därför är det brådskande att utveckla nya pålitliga metoder som kan mäta och visualisera ITH och sedan omvandla informationen till nytta för behandlande läkare. I detta projekt antar vi den utmaningen genom att samla ett unikt interdisciplinärt forskarteam bestående av kliniker, teknikutvecklare, cancerforskare, beräkningsbiologer och data-specialister. Genom att kombinera avancerade beräkningsalgoritmer med olika högteknologiska tekniker som vi utvecklat på SciLifeLab för att mäta ITH i tumörer från kliniken hoppas vi kunna tillgängliggöra information om ITH till läkarna, vilket i sin tur kan leda till förbättrade skräddarsydda cancerbehandlingar i framtiden. Genom att koppla samman klinisk expertis vid Karolinska universitetssjukhuset med avancerad teknisk infrastruktur och databehandling på SciLifeLab kommer projektet leda till att Sverige kan vara i framkant för individbaserad cancerbehandling. Tackvare projektets globala relevans och innovativa tekniker kommer det i framtiden även bidra till att stärka Sveriges internationalla konkurenskraft inom bioteknologisk utveckling.