mini|Liquid Biopsy mini|DNA-Bruchstücke von Tumorzellen gelangen in die Blutbahn mini|Erweiterte klinische Diagnostik durch Liquid Biopsy gegenüber konventioneller Biopsie
Unter einer Liquid Biopsy (LB, ) versteht man die Probeentnahme und Analyse von nicht festem, biologischen Gewebe, hauptsächlich Blut. Ein Vorteil besteht darin, dass sie weitgehend nichtinvasiv erfolgt. Wie die herkömmliche Biopsie, wird diese Untersuchungsart hauptsächlich zur Diagnose und Überwachung von Krankheiten wie Krebs eingesetzt. Das Verfahren wurde durch Fortschritte bei der DNA-Sequenzierung des menschlichen Genoms ermöglicht, wodurch genetische Mutationen von Krebszellen erkannt werden können., Krebsinformationsdienst, 15. Januar 2018. Abgerufen am 22. Februar 2019.
Tumordiagnostik Nach einer Blutentnahme werden zirkulierende Tumorzellen oder Tumor-Erbgut im Blut nachgewiesen.
Zirkulierende Tumorzellen (, CTCs) sind einzelne Krebszellen, die vom Tumor in die Blutbahn gelangen. Sie können durch bestimmte Eigenschaften von normalen Blutzellen unterschieden werden. Inzwischen gibt es mehrere Verfahren, mit denen CTCs gezählt und zum Teil auch angereichert werden können. Hat man die Zellen isoliert, kann man ihr Erbgut oder ihre Eiweiß-Zusammensetzung untersuchen.
Bei zirkulierender Tumor-DNA (, ctDNA) handelt es sich um kurze Erbgut-Abschnitte, die als Abbaureste von Tumorzellen im Blut freigesetzt wurden. Die Tumor-DNA wird analysiert, nachdem DNA-Abbaureste gesunder Zellen vollständig aus der gesamten zirkulierenden freien DNA in der Blutprobe entfernt sind.
Der Tumormarker cell free microRNA-375 (cf miR-375) wird u. a. von Merkelzell-Tumorzellen übermäßig ins Blut freigesetzt. Mit einer Blutuntersuchung kann das Ansprechen auf eine Therapie überprüft und ein eventueller Krankheitsrückfall frühzeitig erkannt werden.Merkelzell-Karzinom: Neuer Biomarker entdeckt, Universität Duisburg-Essen, Health Care in Europe, 28. Januar 2019.Alessia Finotti, Matteo Allegretti u. a.: Liquid biopsy and PCR-free ultrasensitive detection systems in oncology (Review). In: International Journal of Oncology. 2018, .
Mit der Liquid Biopsy des Urins konnte aufgezeigt werden, dass Immunzellen, die im Urin gefunden wurden, repräsentativer für die Diagnostik eines Blasenkarzinoms waren, als Immunzellen aus dem Blut, was darauf schließen lässt, dass das Verfahren mittels Urin anstelle des Blutes dazu beitragen kann, die Reaktion auf eine Immuntherapie genauer zu überprüfen. T-Lymphozyten kommen im Urin normalerweise bei gesunden Personen nicht vor. Entscheidend ist, dass die T-Zellen mit denen in der Tumorumgebung des Blasenkarzinoms übereinstimmen, unabhängig vom Krebsstadium und dem Behandlungsverlauf. Die Immuntherapie ist für Krebsarten, die schwer zu behandeln sind, vielversprechend, jedoch sprechen nur 30–40 Prozent der Patienten auf eine Immuntherapie an. Diese können damit identifiziert werden.Urine liquid biopsies could help monitor bladder cancer treatment, 26. September 2018. Abgerufen am 23. Februar 2019.A. Di Meo, J. Bartlett u. a.: Liquid biopsy: a step forward towards precision medicine in urologic malignancies. In: Molecular cancer. Band 16, Nummer 1, 04 2017, S. 80, , PMID 28410618, (Review).
Beim malignen Melanom kann eine Immuntherapie mit Anti‐CTLA-4‐ und Anti‐PD-1‐Antikörpern sowie Therapien, die gegen bestimmte Mutationen gerichtet sind, wie BRAF, NRAS und c‐KIT durchgeführt werden. Im Fall von Melanompatienten können die Ergebnisse der Liquid Biopsy als neuartige prädiktive Biomarker bei therapeutischen Entscheidungen hilfreich sein, insbesondere im Zusammenhang mit mutationsbasierten, zielgerichteten Therapien.Maria Rita Gaiser, Nikolas von Bubnoff, Christoffer Gebhardt, Jochen Sven Utikal: Liquid Biopsy zur Überwachung von Melanompatienten. In: JDDG: Journal der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft. 16, 2018, S. 405, .
Beim Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (, PDAC) kann durch die Untersuchung von DNA-basierten Biomarkern in exosomaler Speichel-DNA (exoDNA) mittels Liquid Biopsy die Früherkennung, Tumorstratifizierung, Therapiestratifizierung und das Monitoring bei Patienten mit PDAC durchgeführt werden.Bedeutung exosomaler DNA aus Speichel beim duktalen Pankreaskarzinom, Deutsche Forschungsgemeinschaft. Abgerufen am 23. Februar 2019.Dipesh Kumar Yadav, Xueli Bai u. a.: Liquid biopsy in pancreatic cancer: the beginning of a new era. In: Oncotarget. 9, 2018, .
Anfang 2019 gaben Forscher des Universitätsklinikums Heidelberg bekannt, dass die ersten marktfähigen Bluttests für Brustkrebs entwickelt worden seien. Das neue Verfahren mittels Liquid Biopsy erkenne eine Krebserkrankung anhand von Biomarkern und könne somit das Diagnosespektrum bildgebender Diagnoseverfahren wie Mammographie, Ultraschall oder Magnetresonanztomographie (MRT) erweitern. Im Blut von an Brustkrebs erkrankten Frauen konnten bis zu 15 verschiedene Biomarker (microRNA und Methylierungsmarker) identifiziert werden, mit deren Hilfe auch kleine Tumore (< 5 mm) nachweisbar seien. Die Biomarker könnten ebenso Auskunft darüber geben, ob eine Behandlung anspricht oder eine Therapieresistenz eintritt.Pressemitteilung Universitätsklinikum Heidelberg, 21. Februar 2019.J. Cheng, K. Cuk, J. Heil, M. Golatta, S. Schott, C. Sohn, A. Schneeweiss, B. Burwinkel, H. Surowy: Cell-free circulating DNA integrity is an independent predictor of impending breast cancer recurrence. In: Oncotarget. Band 8, Nummer 33, August 2017, S. 54537–54547, , PMID 28903362, . In einer gemeinsamen Stellungnahme der Deutschen Krebsgesellschaft (DKG), Deutschen Gesellschaft für Gynäkologie und Geburtshilfe (DGGG), DGS, AGO, AGO Mamma, AGO TraFo, Deutschen Gesellschaft für Hämatologie und Medizinische Onkologie (DGHO) wird ausdrücklich die Forschung zur Liquid-Biopsy-Technologie begrüßt, aber gleichzeitig vor einer verfrühten Anwendung des Tests gewarnt. Eine wissenschaftliche Publikation liege noch nicht vor. Die klinischen Konsequenzen des Testes im Zusammenhang mit den Ergebnissen andere diagnostischer Verfahren, beispielsweise Mammographie und Sonografie, müssten zunächst in Studien überprüft werden. Dies bestätigte auch die Uni Heidelberg: Das Diagnoseverfahren könne zwar Ende des Jahres zu Testzwecken im Labor eingesetzt werden, damit sei der Test, der in Blutproben Botenstoffe von Tumorzellen detektieren kann, aber noch nicht auf dem Markt. Gerade bei Frauen über 50 läge die Trefferquote der Tests gerade einmal bei 60 Prozent. Bei jüngeren Patientinnengruppen waren die Ergebnisse zwar besser, aber gerade Frauen über 50 haben eben das größte Brustkrebsrisiko.Krebstest als "Meilenstein" beworben - Uniklinik entschuldigt sich, Spiegel online, 22. März 2019. Abgerufen am 24. März 2019.
Im April 2019 nahm die Staatsanwaltschaft Heidelberg hierzu Vorermittlungen auf. Uniklinikum und Spin-Off Heiscreen hatten den Test trotz fehlender Daten als „Meilenstein“ in der Brustkrebs-Frühdiagnostik bezeichnet. Finanzielle Verstrickungen von Ärzten, aber auch von Prominenten sollen die PR-Kampagne begünstigt haben.Universität erstattet Anzeige nach Bluttest-PR, Süddeutsche Zeitung, 8. April 2019. Abgerufen am 14. April 2019.
Weitere Diagnostikmöglichkeiten Bei der Herzinfarktdiagnose wird nach im Blut zirkulierenden Endothelzellen (, CECs) gesucht.K. Bethel, M. S. Luttgen u. a.: Fluid phase biopsy for detection and characterization of circulating endothelial cells in myocardial infarction. In: Physical biology. Band 11, Nummer 1, Februar 2014, S. 016002, , PMID 24406475, .
In der Pränataldiagnostik wird aus dem mütterlichen Blut oder Fruchtwasser zellfreie fetale DNA (, cffDNA) extrahiert. Pränatale Abstammungsgutachten (Vaterschaftstests) basieren auf dieser Methode, bei der die genetischen Marker Einzelnukleotid-Polymorphismus (, SNP) des angenommenen Vaters und des Embryos verglichen werden.M. Allyse, M. A. Minear, E. Berson, S. Sridhar, M. Rote, A. Hung, S. Chandrasekharan: Non-invasive prenatal testing: a review of international implementation and challenges. In: International journal of women's health. Band 7, 2015, , S. 113–126, , PMID 25653560, . Gemäß Gendiagnostikgesetz dürfen diese in Deutschland nur vorgenommen werden, wenn eine Straftat nach bis § 178 StGB (Sexueller Missbrauch von Kindern) vorliegt.
Es kann die Isolierung von Protoporphyrin IX aus Blutproben als Diagnosewerkzeug für Atherosklerose verwendet werden.M. Nascimento da Silva, L. B. Sicchieri u. a.: Liquid biopsy of atherosclerosis using protoporphyrin IX as a biomarker. In: The Analyst. Band 139, Nummer 6, März 2014, S. 1383–1388, , PMID 24432352.
Bei der Untersuchung des Zentralnervensystems kann anstelle von Blut Zerebrospinalflüssigkeit entnommen werden.O. T. Pyykkö, M. Lumela u. a.: Cerebrospinal fluid biomarker and brain biopsy findings in idiopathic normal pressure hydrocephalus. In: PLOS ONE. Band 9, Nummer 3, 2014, S. e91974, , PMID 24638077, .
Blutentnahme Für die Blutentnahme (etwa 10 ml) müssen spezielle Röhrchen eingesetzt werden. Die meisten Standardröhrchen für die Blutentnahme bestehen aus positiv geladenen Kunststoffen, so dass die negativ geladene cfDNA adsorbiert wird und bei der Analyse nicht mehr nachgewiesen werden kann. Zudem beginnt der Zerfall der Blutzellen nach der Entnahme, wodurch genomische DNA freigesetzt und jede Analyse der tatsächlichen cfDNA verzerrt wird. Beide Prozesse beeinflussen die Sensitivität und das Ergebnis der Analyse der Liquid Biopsy. Daher sollen bewährte Blutentnahmeröhrchen aus der Pränataldiagnostik oder solche, die speziell für tumorgenetische Untersuchungen entwickelt wurden, eingesetzt werden. Sie bestehen aus negativ geladenen Werkstoffen und enthalten Stabilisatoren, die den Blutzellenzerfall etwa fünf Tage lang verhindern.S. E. Norton, J. M. Lechner u. a.: A stabilizing reagent prevents cell-free DNA contamination by cellular DNA in plasma during blood sample storage and shipping as determined by digital PCR. In: Clinical biochemistry. Band 46, Nummer 15, Oktober 2013, S. 1561–1565, , PMID 23769817., Institut für Pathologie Charité – Universitätsmedizin Berlin. Abgerufen am 24. Februar 2019. Ferner sollten für die Blutentnahme Kanülen in ausreichender Größe (≥ 21 Gauge) eingesetzt werden, damit kernhaltige Blutzellen intakt bleiben, beispielsweise Entnahmesysteme, die für Blutkulturen eingesetzt werden und darauf ausgerichtet sind, Blutzellen intakt und vital zu erhalten.Andreas Jung, Thomas Kirchner: Liquid Biopsy in Tumor Genetic Diagnosis. In: Deutsches Aerzteblatt Online. 2018, . Aufgrund der geringen Konzentration von < 0,001 % im Plasma muss die cfDNA mithilfe spezieller Amplifikationsmethoden angereichert werden, damit anschließend nach bestimmten Mutationen gesucht werden kann.
Analyse Das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) hat ein vollautomatisiertes System für die Liquid Biopsy zur Isolierung einzelner Tumorzellen (CTCs) aus Patientenblut entwickelt. Zunächst werden die Tumorzellen mittels immunomagnetischer Separation (IMS) aus der Probe isoliert und in ein kleineres Probenvolumen überführt. Anschließend wird der Extrakt zur Entfernung des unspezifischen Zellhintergrundes in eine mikrofluidische Kartusche überführt, in der die Krebszellen durchflusszytometrisch erkannt werden. Nach Erkennen einer Tumorzelle im Mikrokanal werden die einzelnen Zielzellen mittels eines Druckstoßes direkt in Kavitäten einer Mikrotiterplatte dispensiert.Liquid Biopsy, Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme, 2019. Abgerufen am 5. März 2019.
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