Bauchspeicheldrüsenkrebs

Mini-Labor zum Nachweis von Bauchspeicheldrüsenkrebs

18.08.14 | Redakteur: Marc Platthaus

„ Die CanDo-Plattform kombiniert ein Mini-Labor und Raman-Spektroskopie ohne zusätzliche Biomoleküle als Marker.“ Dr. Christoph Krafft, Forschungsgruppenleiter Optische Zelldiagnostik, Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IHPT), Jena
„ Die CanDo-Plattform kombiniert ein Mini-Labor und Raman-Spektroskopie ohne zusätzliche Biomoleküle als Marker.“ Dr. Christoph Krafft, Forschungsgruppenleiter Optische Zelldiagnostik, Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IHPT), Jena (Bild: IPHT Jena/S. Döring)

Wie ein Mini-Labor zur Diagnose von Bauchspeicheldrüsenkrebs verwendet wird, erläutert Dr. Christoph Krafft im LP-Exklusivinterview. Das Gespräch führte LP-Chefredakteur Marc Platthaus

LP: Herr Dr. Krafft, Bauchspeicheldrüsenkrebs ist der vierthäufigste Krebstod und sehr schwer nachweisbar. Woran liegt das?

Dr. Christoph Krafft: Die Bauchspeicheldrüse enthält exokrine Drüsenzellen, deren Verdauungssekret in den Zwölffingerdarm abgegeben wird, und endokrines Gewebe, dessen Zellen Hormone produzieren und an das Blut abgeben. Bauchspeicheldrüsenkrebs entsteht zu 98 % aus dem exokrinen Organ, davon sind die meisten bösartige Tumore. Eine sichere Diagnose basiert gewöhnlich auf einer Kombination von bildgebenden Verfahren wie Ultraschall oder Computertomographie, Bluttest und Biopsie. Die Tumore sind bei der Diagnosestellung meist 2 bis 5 cm groß. Sie können in die Wand des Zwölffingerdarms einwachsen, Gefäßstrukturen oder das Bauchfell infiltrieren und Metastasen bilden. Aus diesen Gründen sind nur 10 bis 15 % der Tumore zum Zeitpunkt der Diagnose noch operabel. Inoperable Tumore sprechen schlecht auf eine Chemotherapie an.

LP: Was sind zirkulierende Krebszellen (CTC) und welche Bedeutung haben sie in der Krebsdiagnostik und -therapie?

Dr. Krafft: Krebszellen lösen sich vom Krebsgewebe im fortgeschrittenen Stadium einer Krebserkrankung. Sie gelangen in Körperflüssigkeiten wie Blut, Urin oder Lymphflüssigkeit und können sich im Körper verbreiten. Die Analyse von Körperflüssigkeiten zur Krankheitsdiagnose wird als flüssige Biopsie bezeichnet. Der Vorteil gegenüber einer Gewebebiopsie liegt darin, dass die flüssige Biopsie einfacher, unter weniger invasiven Bedingungen und mehrfach gewonnen werden kann. Zirkulierende Krebszellen gelangen in andere Organe und tragen zur Entstehung von Metastasen bei. Die CTC-Zahl in Körperflüssigkeiten ist ein diagnostischer Marker für die Malignität des Krebses und somit für die Prognose. Die CTC-Art kann herangezogen werden, um das Ursprungsorgan zu identifizieren. In einigen Fällen ist der Primärtumor zu klein und verursacht später Krankheitssymptome als die Metastasen. Bauchspeicheldrüsenkrebs gehört zu den Tumoren, die erst in einem späten Stadium Symptome zeigen. Bildgebende Verfahren können Bauchspeicheldrüsenkrebs erst ab einer Größe von 1 cm darstellen. Die CTC-Zahl kann auch den Verlauf einer Therapie anzeigen. Dies ist insbesondere bei Krebsbehandlungen mit Chemotherapie und Bestrahlung wichtig, die oft mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden sind. Falls die CTC-Zahl im Verlauf der Behandlung nicht sinkt, ist dies ein Hinweis, dass die Therapie nicht erfolgreich ist und andere Therapieoptionen eingeleitet werden sollten.

LP: Im Rahmen des EU-Projekts „Cando“ forschen Sie am IPHT in Jena an einem Mini-Labor für die Früherkennung von Bauchspeicheldrüsenkrebs. Welche Faktoren werden hierbei charakterisiert?

Dr. Krafft: Im Projekt wurde eine In-vitro- und eine In-vivo-Plattform entwickelt, um CTC als Biomarker zu isolieren. Deren Konzentration wird mittels Raman-Mikroskopie bestimmt. Das IPHT erforscht seit 2008 die Zellidentifikation mittels Raman-Spektroskopie und hat zahlreiche Fachartikel und Patente zu diesem Thema publiziert. Der In-vitro-Ansatz beginnt mit einem Blutvolumen von 5 ml, das etwa 25 Millionen weiße Blutzellen enthält. Die Herausforderung besteht darin, die seltenen CTCs (typischerweise 1 bis 10) zu identifizieren. Die roten Blutzellen werden zuerst separiert. Nach Vorselektion der Krebszellen in einem Mini-Labor werden die verbleibenden Zellen auf einem SERS-aktiven (Surface enhanced Raman spectroscopy) Substrat immobilisiert. Die Bestrahlung von nanostrukturierten Metalloberflächen mit Lasern liefert bei bestimmten Wellenlängen eine elektrische Feldverstärkung, was die Raman-Signale von adsorbierten Analyten um mehrere Größenordnungen erhöht. Auf diese Weise können die Raman-Spektren von Zellen, die relativ intensitätsschwach sind, mit Messzeiten von wenigen Millisekunden registriert und viele tausend Zellen erfasst werden. Der In-vivo-Ansatz nutzt eine funktionalisierte Kanüle des Projektpartners Gilupi, die in eine Blutvene im Arm eingeführt wird. In einer halben Stunde umströmt ein Blutvolumen von rund 1,5 Litern die Kanüle. Als Folge der Funktionalisierung werden die Krebszellen an der Kanüle gefangen. Aufgrund des um Faktor 300 größeren untersuchten Blutvolumens steigt die Wahrscheinlichkeit, CTCs zu detektieren. Die gefangenen Krebszellen werden von der Kanüle in ein Mini-Labor überführt. Der Vorteil des zweiten Ansatzes besteht darin, dass die Vorselektion in der Kanüle erfolgt und weniger Zellen mittels Raman-Spektroskopie untersucht werden. In beiden Ansätzen entsprechen Raman-Spektren einem markerfreien Fingerabdruck der Zellen. Klassifikationsmodelle identifizieren und quantifizieren die Krebszellen.

LP: Welche Vorteile ergeben sich gegenüber den bisherigen Nachweismethoden?

Ergänzendes zum Thema
 
Zur Person  Dr. Christoph Krafft

Dr. Krafft: Für Bauchspeicheldrüsenkrebs gibt es noch keinen Standardtest. Weltweit existiert erst ein anerkanntes Verfahren zum Nachweis von zirkulierenden Krebszellen in Patienten mit metastasierendem Brust-, Kolon- und Prostatakrebs. Es nutzt einen Cocktail aus Antikörpern, die an mikroskopische Eisenteilchen gebunden sind. Die Krebszellen werden mit starken Magneten aus dem Blut extrahiert und mit zusätzlichen Biomolekülen gefärbt. Die Genauigkeit ist nicht zufriedenstellend, sodass die aufgereinigten Proben nur 50 % Krebszellen enthalten. Unklar ist, wie viele Krebszellen als normale Zellen fehlklassifiziert und nicht erfasst werden. Die Cando-Plattform kombiniert ein Mini-Labor und Raman-Spektroskopie ohne zusätzliche Biomoleküle als Marker. Dies führt zu höheren Empfindlichkeiten, da weniger Krebszellen während der Analyse verloren gehen. Bei Bauchspeicheldrüsenkrebs kann die höhere Empfindlichkeit zu einer Diagnose in einem früheren Stadium führen und somit die Prognose für eine erfolgreiche Therapie verbessert werden. Die Cando-Plattform enthält ein zweites Mini-Labor, in dem ein Zellaufschluss mit einer anschließenden hochspezifischen molekularbiologischen Analyse auf Nukleinsäureebene mittels Rolling Circle Amplification und nanophotonischen Biosensoren durchgeführt wird. Dieses Verfahren toleriert eine Kontamination der Krebszellpopulation durch normale Zellen. Beide Mini-Labore sind in Kartuschen integriert, die in einem portablen Instrument eingesetzt werden. Das Instrument automatisiert die mikrofluidischen Prozesspumpen und optischen Systeme. Mehr Infos gibt es auf www.fp7cando.eu.

Vielen Dank für das Gespräch, Herr Dr. Krafft.

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