„Liquid biopsy“ - Rummel oder Hoffnung

Dr. rer. nat. Michael Fleischhacker, Uniklinik Halle/Saale

Der Begriff der liquid biopsy oder flüssigen Biopsie macht seit einiger Zeit die Runde durch die Medien und die unterschiedlichen Gremien. Was verbirgt sich dahinter und welchen Nutzen hat eine flüssige Biopsie im Vergleich zu einer traditionellen Biopsie?

Das seit vielen Jahren etablierte Standardverfahren zur Erstellung einer verläßlichen Diagnose einer Tumorerkrankung besteht in der Gewinnung und Untersuchung einer Gewebeprobe. Diese wird mittels einer Punktion oder einer kleinen Operation gewonnen. Das fixierte und auf diese Weise haltbare Gewebe kann danach angefärbt und  die Zellen im Mikroskop untersucht werden. Darüberhinaus sind auch molekulare Untersuchungen möglich, wobei das genetische Material aus den fixierten Zellen zuvor isoliert und aufgereinigt werden muß. Weitergehende molekulargenetische Analysen können an diesem Material zwar jederzeit wiederholt werden, spiegeln jedoch nur den Zustand wider wie er zum Zeitpunkt der Probenentnahme vorlag. Sie können nicht dazu verwendet werden, Aussagen über zukünftige genetische Veränderungen der Tumorzellen zu machen, die z. B. auftreten wenn die Patienten mit einer Chemo- bzw. einer Strahlentherapie behandelt werden. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt genetische Untersuchungen notwendig werden, um festzustellen, ob die Tumorzellen auf eine Therapie ansprechen gestaltet sich die Materialgewinnung in den meisten Fällen wesentlich schwieriger. Sehr oft ist der Tumor bereits kurz nach Beginn einer Therapie so klein geworden ist, daß er nicht mehr nachweisbar ist oder die notwendige Prozedur zur Gewinnung von Tumorzellen stellt ein unverhältnismäßig grosses Risiko für den Patienten dar. Hinzu kommt eine andere Beobachtung, die mit dem Begriff Tumorheterogenität beschrieben wird. Dahinter verbirgt sich die Beobachtung, daß die Zellen aus denen sich ein Tumor zusammensetzt, genetisch nicht identisch sind (diese Unterschiede sind in den meisten Fällen nicht durch eine mikroskopische Analyse feststellbar). Die Ergebnisse von Untersuchungen die 2013 veröffentlicht wurden zeigten, daß bei einer aufwendigen und viel detaillierteren Analyse von Nierenzelltumoren, die weit über das hinausgeht was in der Routinediagnostik üblich ist, nicht nur mehr sondern in den unterschiedlichen Arealen eines Tumors auch verschiedene Veränderungen nachweisbar sind (wobei davon auszugehen ist, daß das Phänomen einer Tumorheterogenität auch für andere Tumore zutrifft). Das bedeutet, daß ein Tumor aus genetisch unterschiedlichen Zellpopulationen besteht und diese Heterogenität vermutlich integraler Bestandteil der Entwicklung eines Tumors ist. Es ist bereits seit langem bekannt, daß  Patienten mit morphologisch gleich aussehenden Tumoren (egal um ob es sich ein Brust-, Dickdarm-, Prostata- oder  Lungenkrebs handelt) auf eine Therapie unterschiedlich reagieren (bei einigen Patienten verschwindet der Tumor während in anderen Fällen keine Veränderung zu beobachten ist). Dieses unterschiedliche Verhalten ist offenbar auf die Tumorheterogenität zurückzuführen. So konnten in Patienten die nicht auf eine Therapie ansprechen, bereits vor Therapiebeginn Zellpopulationen nachgewiesen wurden, die gegen das verwendete Medikament eine Resistenz zeigten. Diese Sachzwänge und der Wunsch vieler  Ärzte Tumorzellen nicht nur vor Beginn einer Therapie genetisch zu charakterisieren, sondern diese Möglichkeit auch unter bzw. nach einer Therapie zu nutzen, führten zur Entwicklung des Konzeptes einer flüssigen Biopsie.

Als flüssige Biopsie bezeichnet man die Entnahme und Untersuchung von genetischem Material, das aus Blut oder anderen Körperflüssigkeiten wie Aszites gewonnen wird. Dabei kann es sich um Zellen handeln, die sich vom Tumor ablösen (sogenannte zirkulierende Tumorzellen) und die im Blut nachweisbar sind. Es können aber auch sog. extrazelluläre Nukleinsäuren untersucht werden, d.h. genetisches Material, das sich außerhalb von intakten Zellen befindet. Diese Nukleinsäuren sind z.B. im  Plasma, aber auch in einer Spülflüssigkeit nachweisbar, die bei einer Lungenspiegelung gewonnen wird (näher beschrieben im Wegweiser Juni 2014). Der Vorteil einer solchen flüssigen Biopsie besteht zum einen darin, daß die Gewinnung von genetischem Material oft wiederholt und außerdem (zumindest in der Theorie) das gesamte Spektrum genetischer Veränderungen die ein Tumor aufweist dargestellt werden kann. Dabei ist es wichtig zu wissen, daß das genetische Material, das aus Körperflüssigkeiten wie Plasma, Serum bzw. Aszites oder aus Spüllösungen gewonnen werden kann, weit davon entfernt ist intakt zu sein (so werden z. B. Nukleinsäuren durch Enzyme im Plasma bereits stark abgebaut). Dazu kommt, daß die aus dem Tumor stammenden Nukleinsäuren durch das genetische Material aus normalen, d.h. gesunden Zellen „kontaminiert“ und die Menge insgesamt sehr gering ist. Dank einer rasanten technischen Entwicklung in den letzten Jahren ist es aber heute möglich kleinste Mengen an Nukleinsäuren nachzuweisen was dazu führte flüssige Biopsieproben in vermehrtem Maße zu untersuchen. Vor kurzem wurden mehrere Studien publiziert, in denen extrazelluläre Nukleinsäuren mit hochempfindlichen Methoden charakterisiert wurden. Dabei wurde nachgewiesen, daß die Patienten, bei denen vor Therapiebeginn bzw. unter einer Therapie im Plasma genetische Veränderungen zu beobachten sind die eine Resistenz gegen das verwendete Medikament verursachen, ein schlechteres Ansprechen des Tumors zu beobachten war. In unserem Labor setzen wir eine hochempfindliche Methode zur molekularen Charakterisierung von extrazellulärer DNA, die aus dem Plasma von Lungentumorpatienten isoliert wurde, ein. Durch eine engmaschige Untersuchung dieser Nukleinsäuren (Abstand ein bis zwei Wochen) konnten wir zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach Beginn einer Therapie eine Aussage über die Wirksamkeit des eingesetzten Medikaments zu machen. Die Ergebnisse dieser Pilotstudie, die durch die Kirstin-Diehl-Stiftung gefördert wurde, werden jetzt in einer größeren multizentrischen Studie überprüft.

Damit ist klar, daß diese Untersuchungen durchaus ein großes Potential haben. Bevor das Verfahren der flüssigen Biopsie in die klinische Routine Einzug hält müssen jedoch die notwendigen Voraussetzungen geschaffen werden. Dazu zählt vor allem eine Sicherung der bisher erzielten Ergebnisse an einer großen Zahl von Patienten, die Weiterentwicklung der verwendeten Methoden und des dafür notwendigen Maschinenparks. Nicht zuletzt muß es aber auch zu einer Kostensenkung kommen, damit die Methode der umfassenden molekularen tumorgenetischen Analyse einer flüssigen Biopsie möglichst vielen Patienten zugute kommt.

Der in der Lunge nachgewiesene Tumor besteht aus genetisch unterschiedlichen Zellpopulationen (grüne und rote „Zellen“). Die genetische Analyse einer Tumorbiopsie ist oft nicht vollständig, was dazu führt, daß nicht alle molekularen Veränderungen erfasst werden (hier gehen die grün dargestellten Zellen verloren).Im Vergleich dazu enthält eine flüssige Biopsie in vielen Fällen alle genetischen Veränderungen wenn auch in kleinsten Mengen (dargestellt als zirkulierende Tumorzellen und als extrazelluläre Nukleinsäuren). Die Analyse mehrerer flüssigen Biopsien ist möglich, während eine weitere Biopsiegewinnung oft nicht möglich ist. Auf diese Weise können zu einem frühen Zeitpunkt unterschiedliche genetische Veränderungen und die Entwicklung einer Resistenz dargestellt werden.

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