A01

COLA Resources, Inc. and COLA do not endorse, directly or indirectly, the presentations given at this conference or the products or services provided by the exhibiting vendors. Presentations are intended to be free of bias. The use of any particular product is for demonstration purposes only, and does not imply an endorsement of the product by the presenter or the sponsors of the symposium. © 2017 CRI

Molecular and Genetic Testing: How to Position your Laboratory for New Technology

Megan Schmidt Vice President of Product Management,

CompuGroup Medical

DESCRIPTION:

Molecular testing is transitioning from research to clinical laboratories. With this change, clinical laboratories are faced with new requirements and challenges to standardize, document and follow test procedures. Laboratories must also demonstrate end to end sample traceability and comply with CLIA and other accreditation organizations. This presentation will provide a basic background for clinical molecular testing, key examples of some of the challenges facing laboratories and the support provided by laboratory information systems with the management of data.

OBJECTIVES:

At the end of the session, participants will be able to:

Define molecular testing and its transition into the clinical laboratory.

Describe key examples of some of the challenges encountered in the clinical laboratory.

Recognize the functionality that Laboratory Information Systems provide to support molecular testing

Thursday April 6, 2017

Molecular and Genetic Testing:How to Position Your Laboratory for New Technology

Megan SchmidtVP Product Management CGM

This Presentation

DescriptionMolecular testing is transitioning from research to clinical laboratories. With this change, clinical laboratories are faced with new requirements and challenges to standardize, document and follow test procedures. Laboratories must also demonstrate end to end sample traceability and comply with CLIA and other accreditation organizations. This presentation will provide a basic background for clinical molecular testing, key examples of some of the challenges facing laboratories and the support provided by laboratory information systems with the management of data. 

ObjectivesAt the end of the session participants will be able to:

Define molecular testing and its transition into the clinical laboratory

Describe key challenges encountered in the clinical laboratory

Recognize the functionality that LIS provides to support molecular testing

Agenda

Market

Definitions and Core Technology

Common Applications

Workflow

Challenges

LIS functionality

MARKET CHANGESTesting

Labs Opening

Oversight

Our Reality

U.S. healthcare organizations are coping with increasing pressure to contain costs 

The laboratory must optimize testing, leverage information technology and improve productivity

Automation helps to achieve these goals, as does making the best use of your available laboratory resources

The Molecular Era

1980s 

Assays for bacterial 

ribosomal RNA

Adaptation of research 

amplification assays for use in 

clinical laboratories

Automated testing platforms and detection of amplified targets in “real‐time”

Today

Multiplex assays, partial/whole 

genome sequencing assays and microarray

Molecular Market

Molecular testing is expanding…

• Molecular testing for Infectious Disease has been highly adopted in hospital clinical labs for years

• 2015 marketplace revenue estimates range from $9.1 billion ‐$9.7B 1 

• In 2016, estimated 600 independent (non‐hospital) clinical laboratories offered some molecular testing 1

• In 2016, estimated 550‐800 clinical laboratories, hospital or independent, offer some next generation sequencing (NGS) 1

• Molecular Diagnostics testing market has estimated CAGR of 9‐10% through 2020 1

• NGS market is expected to grow at a CAGR of 20.8% 2

1. G2 US Clinical Laboratory and Pathology 2013‐20152. RNCOS

Oversight Interests

FDA

CLIA ‘88

Joint Commission (JCAHO/JCI)

College of American Pathologists

ISO15189

State Health Departments

Payers

DEFINITIONSDNA

PCR

Sequencing

The Double Helix

DNA is the hereditary material that is in humans and most other organisms. 

Most of our DNA is located in the nucleus of our cells, packaged in chromosomes.

DNA consists of 4 nucleotides (A, T, C, G) repeated millions of times. 

Specific sequences of those nucleotides are our genes.

Terminology‐ Genomics, Genetics, huh?

Genomics deals with entirety of an individual’s genetic infoGenetics can include the genome, but can also be more narrowly focused on  a specific gene or mutation“Molecular”‐ is the term most often used to describe this work in a laboratory, as in Molecular Genetics or Molecular Pathology; testing leverages molecular attributes of DNA or RNA, such as electric charge, bonding affinity, size, etc.Cytogenetics and FISH are sometimes incorporated into Molecular laboratories and sometimes operate independently, but still rely on genetic principles for testing

Molecular Diagnostics (MDx)

An assay which works by detecting and classifying genetic material (DNA or RNA) 

as opposed to:

• Immunological testing

• Chemistry testing

• Biochemical phenotype testing

• MDx market includes testing for genetic sequences using a variety of methodologies

• Nucleic acid assays —polymerase chain reactions (PCR), sequencing, 

in site hybridization (FISH), microarrays, cytogenetics

• Genomic immunohistochemistry (IHC)— oncology 

immunohistochemistry tests like estrogen receptor amplifications

We started with one copy and ended with 8 !!!

PCR‐ Exponential Duplication

C

A

C

G

A

C

G

A

C

G

A

C

C

G

A

C

C

G

A

C

C

Sequencing by Capillary Electrophoresis

Massive Parallel sequencing (high throughput)Next‐generation sequencing of partial or whole genomes is achieved by parallelizing the sequencing process, yielding thousands or even millions of overlapping sequences 

An extremely sensitive pH meter to identify which nucleic acids are passing through the instrument

Next Generation Sequencing

COMMON APPLICATIONSPathogen Detection 

Tumor Typing

Inherited Disorders

Applications for Molecular Diagnostics

Pathogen detection

Targeted genotyping• Inherited metabolic disorders

• Pharmacogenomics / Drug responsiveness

Cytogenetics

Oncology• Tumor classification

• Treatment monitoring

Identity tracking• Forensics

Human leukocyte antigen• Transplant matching

Detection of Targets by Multiplex PCR

Multiplex PCR involves amplification of many targets simultaneously in one reactionThe Luminex xTAG® assay detects the amplified targets by hybridization with probes bound to dyed microspheres 

The microspheres are interrogated in a flow cytometer with dual lasers to identify the color dyes in each particle and the reporter dye attached to amplified targets

http://www.pri.wur.nl

Pathogen Detection by Microarray Testing

Thousands of DNA oligomer “capture probes” of known specificity are immobilized on the solid surface of a silicon chip Fluorescent dye‐labeled amplified targets hybridize to the “capture probes”, are washed, and then scanned with UV light to detect the resultant fluorescence 

Infectious disease microarray testing is a molecular analog of culture in that hundreds or even thousands of pathogens can be sought simultaneously in a specimen

http://www.tessarae.com

Sequencing to Recognize Genes and Mutations

Targeted sequencing of single genes is used for phylogenetic studies and for detection of mutationsPathogenic microorganisms can be identified, virulence factors recognized and antibiotic resistance detected

http://upload.wikimedia.org

Cytogenetics

If our Genome was a set of encyclopedias

Each chromosomewould be a different volume or book

Cytogenetics testing assesses if you have all the necessary books and if you in fact got one copy of each book from each parent

Molecular versus Other Diagnostics

Traditional assays are being replaced with molecular techniques • PCR dominates market technology

• Sequencing expected to have most growth

Advantages:• High sensitivity

• High specificity

• Rapid assay design 

• Easy automation

Disadvantages: • Risk of contamination

• Genotypic data /= phenotype

• Costs

WORKFLOWSPCR

NGS

Complex Workflows

Most Molecular‐based assays are heavily regulated and rely heavily on paper‐driven systems

Small volumes, small containers, and batching require calculations, tracking, and tray maps

Data often requires multiple interpretive steps

The industry is often research‐driven, which means instruments and assays are not initially suited for LIS incorporation

The Molecular Workflow

1. Build Tray Maps and Worklists 2. Perform Extractions 3. Prepare MasterMix in Clean Room

4. Add Patient Sample to MasterMix 5. Run PCR Amplification 6. Process Results

Workflow Example‐ PCR

LIS

Instrument Interface

Automation in Molecular Diagnostics

While automated testing is common in clinical chemistry and hematology, molecular testing remains primarily manual

A small number of automated “sample‐to‐result” testing platforms exist, but they are restricted primarily to diagnosis of a limited number of infectious diseases

What are lacking and are currently under development are integrated automated approaches to molecular diagnostic testing as we know it today

Genetics Workflow

Provider

Laboratory

Order Entry

Wet BenchWork

BioinformaticsAnnotation

Filtration andVariant Assessment

Reporting

Clinical Management/

Decision Support

CHALLENGESComplex Workflows

Regulatory Compliance

The Transition of Molecular Testing

From Research …

We determine what works best.

Each tech can change steps or reagents as needed.

What is a QC reagent and why would we need it?

We keep all records on paper.

… To Clinical Testing

Need to standardize, document and follow test procedures.

Should comply with regulatory performance standards.

Be prepared to demonstrate end‐to‐end sample traceability to an auditor.

Challenges Facing Genetics Labs

Complex workflows• Current molecular testing is manual, laborious and essentially non‐

standardized, interspersed with sophisticated instrumentation, leading to errors that impact patient safety

Shortages of highly‐skilled molecular diagnostics technologists exist in many parts of the world – there is a “graying” of the laboratory 

workforce

• Big Data

• Large data sets that require bioinformatics

Interpretation• Results need interpretation, required acquisition and application of knowledge

• Multiple layers of result and report review

• CLIA / CAP compliance

• Lab‐developed tests are not provided by a manufacturer = more ownership of risk to lab

Challenges Facing Molecular Labs

Lack of integration• QC/QA performed outside of LIS

• Heavy dependence on paper records and Excel

• Instruments lack ASTM specifications > not interfaced > manual transcription of data 

Inventory Management

• Multiple reagents and controls, some created in‐house

Multi‐well Plate Formats

• Many patients and controls in small containers

Areas for Concern or Failure

People do NOT do well working in multiple systems to do tasks they view as non‐essential

Preparing for inspection by backtracking through reports, sending piles of documents for signatures, etc.

Other issues• Slow workflow

• Opportunity for error

• Limits capacity from expanding to meet the projected demand for molecular testing

Goals

Reduce paper dependent systems

Incorporate daily tasks into standard workflow

Provide systems that track key performance indicators in real time and according to requirements

Lean strategies for laboratory testing call for greater reliance on automation to streamline this testing workflow

Strategies Being Employed

Not fully leveraging the power of the LIS

• Paper‐based Systems – Well thought out, but not scalable

• Homegrown Systems – High risk for supportability

• Research‐based LIMS – Lack patient‐centric view

• Limited use of the LIS – Orders and results only

Is operating outside the LIS the right solution?

• Stand‐alone orders, inventory or specimen management lacks integration 

and analytics

• Molecular‐specific workflow not well supported 

• Lack of Instrument interfaces 

• Manual result entry is prone to clerical errors

• Use of excel and charts for traymap layout and calculations is laborious

• Non‐integrated reporting is inefficient

• Disparate documentation created from pre‐ to post‐ analytics

36

Concerns With Non‐LIS Solutions

LIS SUPPORTTraceability

Automation

Integration

Solution

Bring the molecular lab workflow into the clinical setting and into your LIS• Fully integrate your molecular workflow with the LIS

• Take advantage of existing LIS features and maintenance

• Integrate with HIS and other systems

Core LIS CapabilityBarcoding

Order interfaces to integrate lab work to reduce paper and manual transcription

Robust rules to drive actions ‐ combine or delete tests or orders; order additional tests; check for appropriateness of test; route orders based on patient insurance 

Results review screen to make previous patient results available in tabular or graphical format

QC features to protect result quality: delta and normal range checking; highlight abnormal results; QC failures can block resulting from filing

Interface instrumentation to accept instrument outputs in various formats including Excel, ASCII, CSV

Biomarker and genetic results handled as discrete results

Use of panels and reflex testing ‐ each step with its own result, QC and decisions

Management Review of results and reports 

Molecular LaboratoriesManage Complexity…

Reagent Management

Workflow Management 

Plate Maps

Tracking

Workflow Management

Reagent Management

Workflow Management

Plate maps

Tracking

Inventory

Example: Inventory

Labs need to:

Track reagents 

• Controls & non‐control inventory items

• Lots and shipments

• Receive/Expiration dates

Check availability

• Uses on hand

• Low balance alerts

• Quality Control Definitions

CONCLUSIONMolecular is a reality

Are you ready?

Leverage your LIS

Forecast

Careful thought must be given to the future when considering the expenditure of large amounts of money on technology

The laboratory of tomorrow will become increasingly dependent upon molecular approaches for diagnosing and managing patients with infectious and genetic diseases

Traditional testing will not disappear, but will become minor activities of the laboratory in the future

Projections for the Future

Automation of molecular testing will enable increasing numbers of laboratories

Molecular testing will become more standardized and amenable to Lean‐based improvement

LIS vendors will add the processing power, storage capacity and system flexibility to handle increasingly complex molecular testing

Considerations in Implementing Molecular

Ask Yourself…• Is molecular really needed for this purpose?

• Does the intended platform meet the need?

• What other assays of use could share this platform?

• What other platforms could also meet this need, and what are the pros and cons of each?

• Is there a likely soon emerging ‘disruptive technology’ in this space?

• Is it desirable to go with today’s technology, or can it wait a year?

• How can I leverage LIS to support my goals?

Conclusion

Molecular Diagnostics tools are powerful and increasingly essential

Molecular clinical diagnostics contribute to better health management

Many platforms and approaches can be used – due diligence to get best value and impact

Leverage your LIS

Questions?

Thank you for your time