Spektrale Biomarker in der Krebsmedizin

Prof. Dr. Ulrich Massing; Freiburg

Allgemein gesprochen sind Biomarker bestimmte Moleküle in unserem Körper, die einen bestimmten Zustand wie z.B. „Krank“ oder“ Gesund“ anzeigen. Im Bereich der Krebsmedizin sind dies meist Substanzen im Blut oder im Urin, mit denen eine Krebserkrankung festgestellt werden kann. In diesem Fall spricht man von Tumormarkern.

Darüber hinaus gibt es aber auch Substanzen, die etwas über die Schwere der Erkrankung aussagen und so zur Therapiekontrolle und zur Therapie-Entscheidung wichtig sind.  Biomarker können sowohl kleine als auch sehr große Moleküle sein, wie z.B. Proteine. Im Krebsfalls werden diese Moleküle von Tumorzellen ins Blut abgegeben, können aber auch aus gesunden Zellen stammen, die auf das Vorhandensein einer Krebserkrankung oder einer Metastasierung in einer bestimmten Weise reagieren. Bisher war es immer sehr aufwändig, neue und aussagekräftige Biomarker zu finden. Ihre  Messung ist meist langwierig und teuer.

2 2 kw foerdert forschungsprojekt01Ein neuer Ansatz um Aussagen über das Vorhandensein einer Krebserkrankung oder den Schweregrad einer Krebserkrankung zu treffen ist die Nutzung von  „spektralen Biomarkern“. Grundlage ihrer Messung sind spektroskopische Analyseverfahren: Dabei wird eine Probe -  z.B. Urin oder Blutplasma – mit sichtbarem Licht, UV-Licht, oder auch Radiowellen bestrahlt. Alle Substanzen, die sich in der Probe befinden  wechselwirken mit der jeweiligen Strahlung – jede auf eine andere Art und Weise. Daher werden bestimmte Bereiche der jeweiligen Strahlung absorbiert – also verschluckt, andere Bereiche wiederum nicht. Man erhält ein sog. Spektrum das spezifisch für den vorliegenden Mix und die Mengen aller Substanzen in der Probe ist. Das ganze wird noch komplizierter, weil nicht nur die Substanzen mit der Strahlung, sondern auch miteinander in Wechselwirkung stehen, was die Anteile des Lichtes welches verschluckt wird noch weiter verändert. Aber keine Sorge: dieses komplizierte Muster von verschluckter und nicht verschluckter Strahlung ist gewollt – denn es ist ein ganz spezifischer, spektraler Fingerabdruck der jeweiligen Patienten-Blutprobe und damit das Ergebnis „aller“ Substanzen, die sich in der Probe befinden - inklusive der Moleküle, die bei einer Krebserkrankung erhöht oder erniedrigt sind.

Eine hübsche Theorie: Aber wie erkennt man nun solche spektralen Fingerabdrücke, die eine Aussage über eine Krebserkrankung oder deren Ausmaß machen können. Dies erfolgt mit Hilfe einer relativ neuen Wissenschaftssparte, der Bioinformatik. Hier werden Programme entwickelt die – ähnlich einer Software für die Gesichtserkennung auf Fotos – zunächst aus vielen spektralen Fingerabdrücken, z.B. von Patienten mit einer bestimmten Krebserkrankung, bestimmte Muster finden, die mit dem Auftreten der Erkrankung einhergehen. Werden auf diese Art und Weise hochspezifische Muster für eine bestimmte Krebserkrankung gefunden, dann sprechen wir von einem „spektralen Biomarker“ für diese Erkrankung. Damit dies gelingt sind komplizierte Berechnungen notwendig, die mit sehr leistungsfähigen Computern durchgeführt werden müssen.

Aber die Mühe kann sich lohnen. Sind „spektrale Biomarker“ für eine bestimmte Erkrankung erst einmal bekannt, dann kann diese Erkrankung mit einer einzigen Blutprobe innerhalb von wenigen Minuten festgestellt werden. Unsere Abteilung wird in den nächsten Jahren mit erfahrenen Partnern daran arbeiten, neue spektrale Biomarker für die Erkennung von Krebs, zur weiteren Prognosestellung sowie zur Unterstützung der Therapieauswahl zu finden. 

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