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Science

Wie Krebs im Blut frühzeitig erkannt werden kann

Jährlich erkranken laut Statistik Austria 42.000 Österreicher*innen an Krebs. Bösartige Tumorerkrankungen sind die zweithäufigste Todesursache. Werden Tumore jedoch frühzeitig erkannt, kann eine Krebserkrankung verhindert beziehungsweise die Heilungschancen bei einer Erkrankung erhöht werden. Viele der derzeit verfügbaren Screeningtests bringen jedoch Nachteile mit sich. Die Koloskopie etwa ist invasiv, die Mammographie oder das sogenannte „low-dose CT“ sind hingegen mit einer gewissen Strahlenbelastung verbunden.

Diese Begleiteinflüsse könnten in Zukunft jedoch obsolet werden. Da Tumorzellen auch Erbinformationen ins Blut abgeben, die auf Genveränderungen untersucht werden können, gilt ein minimal-invasives Verfahren namens „Liquid Biopsy“ („Flüssigbiopsie“) seit einigen Jahren als vielversprechender Ansatz zur Krebsfrüherkennung. Untersucht wird dabei die im Blut zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA).

„Bei invasiven Verfahren wie der Koloskopie können ernste Komplikationen auftreten und aufgrund der Invasivität ist die Compliance in Screening-Programmen gering"

Ellen Heitzer, Leiterin des Christian Doppler Labors für Liquid Biopsies

Einfache Blutabnahme

„Bei invasiven Verfahren wie der Koloskopie können ernste Komplikationen auftreten und aufgrund der Invasivität ist die Compliance in Screening-Programmen gering. Eine regelmäßige einfache Blutabnahme würden vermutlich viel mehr Menschen in Anspruch nehmen“, sagt Ellen Heitzer, Leiterin des Christian Doppler Labors für Liquid Biopsies zur Früherkennung von Krebs an der MedUni Graz, gegenüber der futurezone.

2.229 Personen über 16 Jahren wurde Blut abgenommen

Im Vergleich zu einer Gewebebiopsie könne mit der Liquid Biopsy ein "globaleres" Porträt der Tumorheterogenität erfasst werden. Zusätzlich kann festgestellt werden, ob ein Tumor nach einer Behandlung wieder an der selben Stelle auftaucht – man spricht von einem „Rezidiv“ – auch kann das Metastasierungsrisiko abgeschätzt sowie der Behandlungserfolg während der Therapie überwacht werden. 

Tumor-DNA im Frühstadium

Tumor-DNA kommt im Blut allerdings nur in geringen Mengen vor. „Da man im Blut auch zellfreie DNA von normalen Zellen – hauptsächlich von Blutzellen – findet und die Tumor-DNA vor allem in frühen Stadien nur einen Bruchteil der gesamten zellfreien DNA ausmacht, müssen äußerst empfindliche Techniken entwickelt werden, um überhaupt Tumor-spezifische Veränderungen detektieren zu können“, so Heitzer.

Da Krebs und präkanzeröse Läsionen, also Gewebsveränderungen, welche mit erhöhtem Krebsrisiko einhergehen, aufgrund der geringeren Krankheitslast im Frühstadium möglicherweise nicht genügend ctDNA absondern, beschäftigt sich das CD-Labor auch mit der Frage, ab welcher Größe ein Tumor überhaupt DNA in die Zirkulation freigesetzt und welche biologischen Eigenschaften dazu nötig sind.

„Obwohl es eine Reihe von Ansätzen gibt, mit denen man das gesamte Erbgut nach Tumor-spezifischen Veränderungen absucht, sind noch weitere technische Entwicklungen notwendig, ohne übermäßige Kosten zu verursachen“

Ellen Heitzer, Leiterin des Christian Doppler Labors für Liquid Biopsies

Falsch-Positiv-Raten

Zur Anwendung kommt die Flüssigbiopsie aktuell primär in klinischen Studien. Für einen breiten Einsatz bedarf es weiterer Forschung. Eine entscheidende Rolle spielen die Spezifität und Sensitivität. Die Spezifität gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass Menschen, die nicht an der überprüften Krankheit leiden, im Test auch tatsächlich als gesund erkannt werden. Je höher hingegen die Sensitivität ausfällt, umso sicherer erfasst ein Test die Erkrankung. „Bei vielen Krebsvorsorgeuntersuchungen liegt die Sensitivität im Bereich von 70 bis 80 Prozent und die Spezifität etwas niedriger bei etwa 60 bis 70 Prozent“, sagt Heitzer. Falsch-positive Tests können bei den Patient*innen der Expertin zufolge jedoch nicht nur Ängste auslösen, sondern auch zu weiteren Untersuchungen mit entsprechenden finanziellen Kosten sowie zu Verfälschungen in der Morbidität führen.

Die Verwendung eines hochspezifischen ctDNA-Markers habe das Potenzial, die Falsch-Positiv-Raten der konventionellen bildgebenden Verfahren zu senken. Um eine möglichst hohe Sensitivität zu erreichen, müsste jeder Screeningtest laut der Spezialistin mehrere genetische Ziele untersuchen, um die Entdeckungschancen zu erhöhen. „Obwohl es eine Reihe von Ansätzen gibt, mit denen man das gesamte Erbgut nach Tumor-spezifischen Veränderungen absucht, sind noch weitere technische Entwicklungen notwendig, ohne übermäßige Kosten zu verursachen“, sagt sie.

Um die Krebs-Diagnostik künftig zudem weiter zu vereinfachen, arbeitet das CD-Labor gemeinsam mit Freenome – einem US-amerikanischen Biotech-Unternehmen mit Fokus auf Datenanalyse – zusätzlich an einer künstlichen Intelligenz. Konkret wird an einer kombinierten Verwendung von klinischen und genetischen Datensätzen mittels Machine Learning (ML) geforscht. „Dazu wird ein ML-Algorithmus mit sehr umfassenden Datensätzen von Gesunden und Kranken ,gefüttert'“, so die Expertin. Auf diese Weise können in der Folge krankheitsbezogene Muster einfacher identifiziert werden.

Präzise Unterscheidung

Generell ist die Flüssigbiopsie auf dem Vormarsch. Während unter anderem das US-amerikanische Biotech-Unternehmen GRAIL einen ctDNA-basierten Screeningtest für mehrere Krebsarten entwickelt hat, der fortschrittliche Sequenzierungsansätze der nächsten Generation und maschinelles Lernen beinhaltet, hat Freenome einen Test zur Früherkennung von Darmkrebs entwickelt. „Selbstverständlich wäre es gut, einen Screeningtest für die häufigsten Krebsarten zu haben, andererseits wäre eine Früherkennung, insbesondere für Krebsarten, für die es derzeit keine anerkannten Screening-Methoden gibt, wie Eierstock-, Bauchspeicheldrüsen- und Magenkrebs, von immenser Bedeutung. Diese werden in der Mehrheit der Fälle erst in späteren Stadien entdeckt“, sagt Heitzer.

Ob es letztlich einen universellen Test geben wird oder unterschiedliche Tests für unterschiedliche Tumortypen, ist derzeit noch offen. Generell könnte ein blutbasierter Test zu angemessenen Kosten jedenfalls auch Menschen in ärmeren Ländern zur Verfügung stehen, erklärt die Fachfrau. Techniken wie die Ganzkörper-MRT seien ihr zufolge nämlich kostspielig und in einigen Ländern für die Routineüberwachung unerschwinglich.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation mit der Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG).

Christian Doppler Forschungsgesellschaft

In Christian Doppler Labors wird international vernetzt anwendungsorientierte Grundlagenforschung betrieben. Die CD-Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen finanziert. In Kooperation mit dem US-amerikanischen Unternehmenspartner Freenome sowie dem Schweizer Partner PreAnalytiX GmbH und gefördert vom Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW) arbeitet das CD-Labor in Graz an den wissenschaftlichen Grundlagen für "Liquid Biopsy". 

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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