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Liquid Biopsy

Wertvolle Blutstropfen

Bei der Liquid Biopsy werden Zellfragmente im Blut analysiert, um Aussagen zu bestimmten Krankheiten zu machen. Vor allem für die Krebsmedizin ist die neue Technologie von großem Interesse.
Ulrike Viegener
18.06.2019
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Liquid Biopsy: Diesen Begriff kennt man spätestens seit dem Skandal um den ominösen Bluttest zur Brustkrebs-Früherkennung. Tatort Heidelberg: Auf einer Pressekonferenz hatten Forscher der Universitätsklinik den Bluttest als Meilenstein der Brustkrebsdiagnostik angekündigt, die Markteinführung stehe noch in diesem Jahr bevor. Das Ganze entpuppte sich dann jedoch als gewaltige Blase. Der vermeintliche Drahtzieher, dem jetzt Insiderhandel und Börsenmanipulation vorgeworfen werden, soll ein leitender Angestellter der Uniklinik sein, der gleichzeitig auch Geschäftsführer der Heiscreen GmbH ist. Diese Firma wurde gegründet, um den Bluttest zu vermarkten, und pikanterweise zählen auch die involvierten und gefeierten Forscher zu den Gesellschaftern.

Eins ist sicher: Mit der zukunftsweisenden Technologie der Liquid Biopsy, also der Flüssigbiopsie lässt sich sehr viel Geld verdienen. Doch wenn aus wirtschaftlichen Interessen ungerechtfertigte Hoffnungen geweckt werden, ist das besonders in der Medizin moralisch verwerflich. Dennoch hat die neue Technologie das Zeug, die Medizin zu revolutionieren. Und deshalb reagiert die Finanzwelt hochsensibel, wenn entsprechende Bluttests auf den Markt kommen sollen.

Aus einem Röhrchen Blut – das ist das Bahnbrechende an der Technologie – lassen sich Informationen über pathologisch veränderte Gewebe gewinnen, die bislang nur mit aufwendigen und/oder belastenden Biopsieverfahren zugänglich waren. Vor allem in der Krebsmedizin werden große Hoffnungen in die Liquid Biopsy gesetzt, die darauf basiert, dass freie Tumorzellen und ihre Fragmente im Blut zirkulieren.

Ein Zufallsfund

Begonnen hat die Geschichte der Liquid Biopsy Mitte der fünfziger Jahre. Damals wurden erstmals zirkulierende freie Desoxyribonukleinsäuren (circulating free DNA, cfDNA) im Blut nachgewiesen. Dabei handelt es sich um Zellfragmente, die sich aus Gewebeverbänden gelöst haben. Im klinischen Alltag etabliert haben sich Liquid Biopsy und cfDNA-Analyse aber erst einige Jahrzehnte später, und zwar in der Pränataldiagnostik, in der sie heute Standard sind. Die Erkenntnis, dass sich die Methode möglicherweise auch in der Krebsmedizin nutzen lässt, beruht auf einem Zufallsfund: Im Rahmen der Pränataldiagnostik wurde bei einer Schwangeren eine Tumorerkrankung mittels Mutationsnachweis in der cfDNA entdeckt. Daraufhin wurde die Methode konsequent weiterverfolgt.

Heute stehen hochsensitive Testverfahren zur Verfügung, mit denen sich Nukleinsäuren im Blut nachweisen und untersuchen lassen. Da Tumor-DNA im Blut nur in winzigen Mengen vorkommt, muss sie vor der eigentlichen Analyse angereichert werden. Mit der Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase Chain Reaction, PCR) lassen sich unter Einsatz des Enzyms DNA-Polymerase Desribonukleinsäuren im Reagenzglas exponenziell vervielfältigen. Inzwischen ist die PCR bereits ein Klassiker, und es gibt Weiterentwicklungen mit noch höherer Ausbeute wie die »digital droplet PCR« (ddPCR). Es ist erstaunlich, was alles im Blut herumschwimmt und molekularbiologisch analysiert werden kann. Abgesehen von frei zirkulierender Tumor-DNA lässt sich auch RNA aus den Mitochondrien von Tumorzellen aufspüren und zu diagnostischen Zwecken nutzen.

Neue Perspektiven

Die Liquid Biopsy könnte einen Durchbruch in der Früherkennung onkologischer Erkrankung bringen. Auch das Tumormonitoring, das darauf abzielt, Rezidivtumoren möglichst früh zu entdecken, ist ein wichtiges Einsatzgebiet. Bei Brustkrebs zum Beispiel konnte gezeigt werden, dass sich Rezidive mit einem Anstieg von Treibermutationen im Blut ankündigen, also Mutationen, die das Wachstum maligner Tumoren beschleunigen.

Schließlich könnte die Flüssigbiopsie mit Blick auf die individualisierte Krebstherapie einen großen Fortschritt bringen: Ganz einfach aus dem Blut könnten molekulargenetische Untersuchungen durchgeführt werden, die Aufschluss über – therapeutisch angreifbare – Zielstrukturen der Krebszellen sowie über deren Resistenzmechanismen geben. Krebszellen verändern sich rasant schnell. Es besteht ein hoher Selektionsdruck in Richtung von Mutationen, die den Krebszellen einen Überlebensvorteil verschaffen.

Resistenzen gegenüber Medikamenten zählen ebenso dazu wie Tricks, mit denen sich Krebszellen dem Zugriff des Immunsystems entziehen. Je mehr man über das molekulargenetische Repertoire eines individuellen Tumors weiß, umso besser stehen die Chancen, ihn mit einer gezielten Therapie zu attackieren. Die Liquid Biopsy wäre eine ideale Methode, um solche Serientestungen routinemäßig ohne großen Aufwand durchzuführen.

Hinzu kommt, dass Tumoren infolge ihrer schnellen Wandlungsfähigkeit heterogene Gebilde sind. Das heißt, sie können Zellen mit unterschiedlichen molekulargenetischen Profilen enthalten. Diese Heterogenität ließe sich ebenfalls mittels Liquid Biopsy abbilden. Und dasselbe gilt für Veränderungen eines Tumors über die Zeit. Ein Rezidivtumor unterscheidet sich oft molekulargenetisch stark vom Primärtumor, weshalb es sinnvoll sein kann, die Therapiestrategie zu ändern. Auch das ließe sich – ohne Belastung für den Patienten – durch eine erneute Flüssigbiopsie herausfinden. Viel Zukunftsmusik, aber durchaus realistische Visionen.

Beispiel NSCLC

In einigen wenigen Indikationen ist die Liquid Biopsy bereits im klinischen Alltag angekommen. Ein Beispiel ist das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom (NSCLC). Eine Reihe von Genen und Mutationen, die für die Wachstumseigenschaften dieser Lungentumoren sowie deren therapeutische Beeinflussbarkeit maßgeblich sind, wurden bereits entschlüsselt. Vor allem das Gen für den epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) ist zunehmend in den Fokus geraten. Neben Treibermutationen wurden auch Mutationen des EGFR-Gens identifiziert, die für die Entwicklung von Resistenzen gegenüber Tyrosinkinase-Inhibitoren der ersten und zweiten Generation verantwortlich sind. Die wichtigste Resistenzmutation ist die T790M-Mutation.

Zum Nachweis von EGFR-Mutationen steht seit einiger Zeit ein Bluttest zur Verfügung, der eine Vielzahl unterschiedlicher Mutationen – Treiber- ebenso wie Resistenzmutationen – erfasst. Werden NSCLC-Patienten positiv getestet, sind Tyrosinkinase-Hemmer der dritten Generation eine erfolgversprechende Therapieoption. Tyrosinkinase-Hemmer wie Gefitinib (Iressa®) blockieren nämlich den EGFR und verhindern, dass Wachstumssignale über diesen Rezeptor wirksam werden. Die Zulassung dieser Wirkstoffe, die auch als EGFR-TKI bezeichnet werden, ist an den Nachweis relevanter Mutationen am EGFR-Genort geknüpft. Gefitinib war das erste Arzneimittel überhaupt, bei dessen Zulassung die Liquid Biopsy als Analysemethode offiziell angewendet wurde. Eine entsprechende Zulassungserweiterung erfolgte im Jahr 2014.

Plus für die Patienten

Nachdem man sich früher bei der Beurteilung eines Tumors ausschließlich auf histologische Merkmale stützen konnte, ist mit der molekulargenetischen Analyse eine neue Ära der Tumordiagnostik angebrochen. Die Molekulargenetik hat ganz neue, viel differenziertere Einblicke in die Biologie maligner Tumoren möglich gemacht. Und die Technologie der Liquid Biopsy kommt als weiterer Meilenstein hinzu, indem sie die Gewinnung von aussagefähigem Tumormaterial zur molekulargenetischen Analyse sehr viel einfacher und patientenfreundlicher macht.

Herkömmlich werden Gewebeproben von Lungenkarzinomen per Bronchoskopie gewonnen, einem – oft angstbesetzten – Verfahren, bei dem ein Endoskop über Mund oder Nase bis in die Lunge vorgeschoben wird. Bei manchen Lungenkarzinomen, die auf diesem Wege nicht zu erreichen sind, wird eine Feinnadelbiopsie durchgeführt: Von außen wird durch die intakte Brustwand eine Hohlnadel in das Tumorgewebe einführt und damit eine Gewebeprobe entnommen.

Und schließlich gibt es Tumoren, bei denen ein chirurgischer Eingriff erforderlich ist, um an eine Probe zu gelangen. Kurzum: Es sind alles Szenarien, die ungleich aufwendiger und belastender sind als das Abzapfen von einem Röhrchen Blut. Von besonderem Vorteil ist die Liquid Biopsy bei Patienten, bei denen klassische Biopsien aus medizinischen Gründen schwierig oder unmöglich sind. Und auch wiederholte Untersuchungen des Tumors im Verlauf der Erkrankung sind ohne Belastung des Patienten möglich.

Trotz der rasanten Entwicklung in den vergangenen Jahren stecken Liquid Biopsy und cfDNA-Analyse noch in den Kinderschuhen. Es ist noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten, damit die Technologie irgendwann zu einem breit angewendeten Routineverfahren werden kann. Eine der offenen Fragen: Warum weisen die cfDNA-Konzentrationen im Blut bei unterschiedlichen Tumorerkrankungen eine so enorme Bandbreite auf und was lässt sich – mit Blick auf diagnostische Fragestellungen – daraus ableiten?

Auch ist das molekulargenetische Instrumentarium noch nicht ausgereift. Die Tests sind zum Teil nicht standardisiert, was ein flächendeckendes Qualitätsmanagement erschwert, so heißt es in einem Statement der Deutschen Gesellschaft für Pathologie, in der sich ein Arbeitskreis »Liquid Biopsy« formiert hat. Gefordert werden Studien mit großen Fallzahlen, in denen molekulargenetische Analysen von Blutproben beziehungsweise Tumorgewebeproben verglichen werden.

Liquid Biopsy und cfDNA-Analyse werden von Experten nicht als Konkurrenz, sondern als Ergänzung zur direkten Untersuchung von Tumorgewebe gesehen. Auch in Zukunft dürfte das so bleiben, obwohl die neue Technologie zunehmend an Bedeutung gewinnen wird – möglicherweise auch außerhalb der Krebsmedizin, denn im Blut finden sich Spuren aus unterschiedlichen Geweben. Derzeit wird zum Beispiel im Blut nach Biomarkern gefahndet, die eine Aussage über das individuelle kardiovaskuläre Risiko erlauben. Und auch in Urin und Liquor könnte man eventuell fündig werden, zum Beispiel, wenn es um neurodegenerative Erkrankungen geht. Das Potenzial der Liquid Biopsy lässt sich derzeit erst ansatzweise ermessen.

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