Analytische und klinische Validierung der fünf meistbenutzten Testkombinationen zur Bestimmung des totalen und freien prostata-spezifischen Antigens: Vergleichsmessungen an 798 Seren von Patienten mit Prostatakarzinom und benigner Prostatahyperplasie

Abstract

Seit der Entdeckung des prostata-spezifischen Antigens (PSA) hat sich die Früherkennung des Prostatakarzinoms entscheidend verbessert. Die begrenzte diagnostische Aussagekraft des Tumormarkers im niedrigen PSA-Bereich konnte vor allem durch die zusätzliche Bestimmung der PSA-Untergruppen wie dem freien PSA (fPSA) und dessen Verhältnis zum Gesamt-PSA (%fPSA) oder dem komplexierten PSA (cPSA) gesteigert werden. Seit Beginn der klinischen Nutzung des prostata- spezifischen Antigens vor etwa 20 Jahren stieg die Anzahl der kommerziell erhältlichen Bestimmungsmethoden kontinuierlich. Allerdings konnte in der Vergangenheit gezeigt werden, dass selbst unter den am häufigsten in der Routine eingesetzten Testsystemen eine starke Variabilität der Gesamt-PSA- (tPSA-) und vor allem der fPSA-Konzentrationen zu verzeichnen ist. Diese methodenabhängigen Unterschiede können zu Fehlinterpretationen individueller tPSA- und %fPSA-Werte führen und infolgedessen falsche klinische Entscheidungen einleiten. Daher ist in den letzten Jahren versucht worden, durch internationale Standardisierungen eine bessere Vergleichbarkeit testspezifischer Messergebnisse herbeizuführen. Dabei wurde neben der Verwendung unterschiedlicher Antikörperkombinationen vor allem die uneinheitliche Kalibrierung der Testsysteme und die nicht-äquimolare Erkennung von freiem und gebundenem PSA für die diskrepanten Messergebnisse verantwortlich gemacht. Die Anpassung der Kalibrierung mit dem so genannten WHO-PSA-Referenzmaterial und die Einführung weiterer äquimolarer Methoden weckten Hoffnungen auf eine bessere Harmonisierung der PSA-Testsysteme. Die vorliegende Arbeit versucht, auf diesem Gebiet vorangegangene Studien, die die gegenwärtige Situation nur unzureichend abbilden, aufzugreifen und zu vervollständigen. Dafür wurden die fünf meistbenutzten Analysesysteme zur Bestimmung von tPSA und fPSA (in einem Fall cPSA) miteinander verglichen und hinsichtlich der Variabilität der PSA-Werte zwischen den Methoden, den äquimolaren Eigenschaften und der diagnostischen Leistung charakterisiert und bewertet. Serumproben von 468 Patienten mit Prostatakarzinom und 330 Patienten mit benigner Prostatahyperplasie wurden an fPSA- und tPSA-Testsystemen von Abbott (AxSYM), Beckman Coulter (Access), Diagnostic Products Corporation (Immulite 2000) und Roche (Elecsys 2010) sowie cPSA und tPSA-Testsystemen von Bayer (ADVIA Centaur) bestimmt. Bei über zwei Drittel der untersuchten Patientenseren wurde eine tPSA-Konzentration unter 10 µg/l gemessen. Die intra- und interseriellen Qualitätskontrollen ergaben für alle fünf Methoden eine hohe Zuverlässigkeit. Methodenvergleiche nach Passing und Bablok, Bland- Altman-Darstellungen und so genannte Mountain-Plots zeigten starke methodenabhängige Unterschiede für die Bestimmung von tPSA, fPSA und %fPSA; die TPSA-Konzentrationen variierten im Schnitt um bis zu 22 % zwischen den Methoden; die %fPSA-Werte wichen noch deutlicher voneinander ab; Immulite bestimmte 35 % niedrigere %fPSA-Werte als Centaur. Für den gesamten tPSA- Bereich konnte nur der AxSYM-Test äquimolare Charakteristiken vorweisen. Andere Methoden zeigten nur in eingegrenzten PSA-Bereichen äquimolare Charakteristiken: Centaur im so genannten Graubereich mit tPSA- Konzentrationen unter 10 µg/l, Immulite und Elecsys bei %fPSA-Werten unter 25 %. Hinsichtlich der klinischen Aussagekraft ergaben ROC-Analysen keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Methoden. Wurden jedoch feste Diskriminationspunkte, z. B. der konventionelle Grenzwert 4 µg/l oder 2,5 µg/l für Biopsieentscheidungen, herangezogen, ergaben sich aufgrund der absoluten Differenzen der PSA-Werte auch erhebliche Unterschiede in der Richtigkeit der Zuordnung. Diese Studie konnte demonstrieren, dass das angestrebte Ziel der Standardisierung der PSA-Bestimmungen bei weitem noch nicht erreicht worden ist und dass es erheblicher Anstrengungen bedarf, um dieses in der gegenwärtigen Situation aufgrund der Komplexität der Standardisierung bestehende Problem im Sinne des Patienten zu lösen. Um Fehlinterpretation von PSA-Ergebnissen, die mit verschiedenen Methoden bestimmt wurden, zu minimieren, sollten Ärzte auf bestehende Unterschiede zwischen den Ergebnissen unterschiedlicher Methoden und die biologische Variation des PSA aufmerksam gemacht werden. Zusätzlich ist es erforderlich, methodenabhängige Referenzintervalle zu erarbeiten.

Abstract Since the discovery of the prostate-specific antigen (PSA) the screening for prostate carcinoma has changed dramatically. In particular, an additional determination of PSA-subgroups such as the free PSA (fPSA) and the respective ratio fPSA/PSA (%fPSA), as well as the complexed PSA (cPSA), have improved this new marker s diagnostical performance. The number of various, commercially available assays has been continuously increasing in the last twenty years. It has, however, been observed that different assays for the determination of total and free prostate-specific antigen (tPSA and fPSA) provide discordant results. These assay-dependent variations could lead to misinterpretations of individual PSA (and especially %fPSA-) values as well as to erroneous clinical decisions regarding prostate carcinoma. Apart the use of different antibody-combinations, other causes for these discordant results could be non-uniform assay calibration and non-equimolar detection of the various PSA forms. Equimolar-response assays and PSA reference materials, compiled by the WHO, have been developed in order to adjust PSA calibration. Since their introduction, though, several manufacturers (e.g., Beckman Coulter, Roche Diagnostics, and Diagnostic Products Corp.) have changed their assay platforms, and the few available comparison studies, with limited numbers of assays and small numbers of samples, have not yet fully characterized the current situation. Focusing on the clinically important tPSA range up to 10 µg/l, I have therefore evaluated and characterized five frequently used fPSA and tPSA assay combinations (in one case cPSA instead of fPSA) in terms of the following criteria: the interchangeability of PSA values among the assays, their respective equimolar characteristics, and the diagnostic accuracy as estimated by the ROC analyses, with particular emphasis on the percentage ratios of fPSA to tPSA (%fPSA). Sera from 468 patients with prostate cancer (PCa) and 330 men with no evidence of prostate cancer (NPCa) have been measured with the tPSA and fPSA assays by Abbott (AxSYM), Beckman Coulter (Access), Diagnostic Products Corporation (Immulite 2000), and Roche (Elecsys 2010), together with the tPSA and complexed PSA (cPSA) assays by Bayer (ADVIA Centaur). Within the two thirds of examined sera, a concentration from 0 to 10 µg/l has been measured. Estimated by the use of certain control materials supplied by the manufacturers, commercial control materials, and in- house serum pools, the between-run imprecision profiles of the measurements have been quite low, demonstrating a high reliability of all five examined assays. Method comparisons (Passing and Bablok regressions, Bland Altman, and the so-called Mountain plots) have shown, moreover, assay-dependent results for tPSA, fPSA, and %fPSA. With, for example, the Access tPSA values taken as 100%, the tPSA concentrations have varied from 91% (AxSYM and ADVIA Centaur) to 113% (Immulite), causing variations in the number of patients previously classified according to the commonly recommended tPSA cutoffs for performing a biopsy. Different %fPSA values have also led to assay-dependent results of the ROC analysis, which has also pointed to the importance of the diagnostic accuracy. The molar response plots have indicated that among all the examined sera the free and the bound PSA have been measured in an equimolar fashion only by the AxSYM tPSA. The other tPSA assays have shown equimolar characteristics only in certain ranges, namely, Centaur within the so-called grey-zone ranging from 0 to 10 µg/l, and Immulite and Elecsys only among the sera with %fPSA values under 25%. Whereas on the one hand, this study has demonstrated that the interchangeability of the tPSA, the fPSA, and the %fPSA values obtained by the commercial PSA assays is inadequate, on the other, it has emphasized the fact that the attention to this issue may minimize misinterpretations of the PSA results obtained by different assays. Clinicians should, in this respect, be aware of existing assay-depending differences as well as of biological variations of PSA. A standardization of PSA-measurements has so far, not been reached yet. Assay-dependent reference intervals should, therefore, be established.