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Biomarker

Biomarker zur Krebsfrüherkennung

14.05.2008 | Autor / Redakteur: Jens Rosenke* / Marc Platthaus

1 Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (Fish) zur Bestimmung der Genamplifizierung des HER-2-Proteins, eines Indikators für Brustkrebs.
1 Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (Fish) zur Bestimmung der Genamplifizierung des HER-2-Proteins, eines Indikators für Brustkrebs.

Das Thema Früherkennung spielt bei der Heilung von Krebs eine entscheidende Rolle. Doch nicht alle Techniken sind sensitiv genug und damit als Früherkennungssystem geeignet. Eine neue Diagnosemethode, mit der Tumorstammzellen im Blutkreislauf bestimmt werden können, soll hier neue Wege eröffnen.

Je früher Krebs diagnostiziert wird, desto größer sind im Regelfall die Heilungschancen. Viele Früherkennungsverfahren sind jedoch in die wissenschaftliche Diskussion geraten. Sie seien zu ungenau, würden eine Erkrankung erst in einem zu späten Stadium aufdecken und – schlimmer – sie seien mit Mängeln behaftet. Viele Tumore würden mit den herkömmlichen Früherkennungsverfahren erst gar nicht entdeckt, argumentieren Kritiker.

Dabei gehen jährlich immerhin neun Millionen Menschen in Deutschland zu einer Vorsorgeuntersuchung. Studien zufolge ist die Zahl der Fälle, bei denen Krebserkrankungen im Rahmen dieser Untersuchungen festgestellt werden, aber überraschend niedrig. Die Erfolgsquote soll bei nur 0,067 Prozent liegen. Dabei erkranken jährlich über 420 000 Menschen in Deutschland neu an Krebs. Sie gehen jedoch meist erst bei konkreten Beschwerden – und somit viel zu spät – zum Arzt. Daher stellt sich die Frage: Sind die Krebsfrüherkennungsmaßnahmen in ihrer jetzigen Form überhaupt sinnvoll, effektiv und zielführend?

Immunologische Nachweismethoden im Kommen

Der Münchner Krebsforscher und Biochemiker Dr. Ulrich Kübler bezweifelt das und hat daher ein neues Diagnostik-Verfahren entwickelt, das dank eines neuen Ansatzes Ärzte und Mediziner in die Lage versetzt, Tumore frühzeitiger als bisher zu diagnostizieren. Kübler konzentriert sich dabei auf das Vorhandensein von Tumorstammzellen im Blutkreislauf.

Hintergrund: Bereits in sehr frühen Stadien der Krebserkrankung ist eine geringe Anzahl von zirkulierenden Tumorstammzellen im Blut vorhanden. Diese sind, so der Münchner Forscher, die Voraussetzung für die hämatogene Filialisierung und somit die Ursache für die Fernmetastasierung.

Nach Meinung von Dr. Kübler sind exakte Rückschlüsse auf die Tumor-Biologie ohnehin nur in der Lebendzellkultur individueller Krebszellen möglich. „Das gesamte maligne Krankheitsgeschehen kann nicht allein über lichtmikroskopische Auswertungen erfasst werden. Daher finden auch immunologische Nachweismethoden zunehmend Verwendung. Denn jeder Tumor hat seinen eigenen genetischen Fingerabdruck“, so der Mediziner.

Ein von Dr. Kübler neu entwickeltes Früherkennungsverfahren basiert daher auf dem Zusammenspiel immunologischer und molekularbiologischer Techniken. Es untersucht die rein mesenchymalen Anteile des Blutes, Lymphozyten, Leukozyten und Erythrozyten, auf epitheliale Elemente (Drüsengewebe). Bestimmt werden diese Elemente durch eine PCR. Es wird geprüft, ob sich Boten-RNA des Cytoskeletts epithelialer Zellen in der Blutbahn befindet. Durch die Auswahl entsprechender Messenger-Moleküle ist zugleich die Bestimmung der Organspezifität epithelialer Zellen möglich. So haben z.B. Kolon-Epithelien ein anderes Cytoskelettmuster als Mamma- oder Prostata-Epithelien.

Im zweiten Schritt wird der Nachweis von vorhandenen Tumorstammzellen geführt, die beispielsweise eine Beschädigung des Onkoproteins erb/B2 tragen. Dem folgt die Erstellung eines Onkoprotein-Profils der zirkulierenden Tumorzellen. Hierfür wird ein schon für andere medizinische Fragestellungen gängiges Verfahren verwendet: die diagnostische Apherese. Der Patient ist dabei über einen venösen Zugang unter ärztlicher Aufsicht an eine Zentrifuge angeschlossen, welche zu einem Teil-Volumen mit physiologischer Kochsalz-Lösung unter Zusatz von Heparin oder Citrat als Anticoagulans gefüllt ist.

Entsprechend dem Blutfluss wird die Zentrifuge etwa sechs- bis zehnmal kontinuierlich mit 120 bis 200 Milliliter Blut gefüllt. Nach Auftrennung des Blutes werden die nicht verwendeten Bestandteile dem Patienten im selben Schritt unverändert wieder zugeführt.

Die Melange aus Leukozyten und Plasma, der so genannte Buffy-Coat, wird über einen Dichtegradienten nachgereinigt und die verbliebenen Erythrozyten auf diese Weise entfernt. Er tritt nach der Zentrifugation als Schicht zwischen roten Blutkörperchen und dem Blutplasma auf. Für das weitere Vorgehen ist ein Buffy-Coat von 50 Milliliter Leukozyten nötig. Von den Leukozyten wird eine Kultur angelegt, die mit einem Lymphozyten-Hemmstoff versehen wird. Die „normalen“ Leukozyten sterben ab, die eventuell vorhandenen Krebszellen wachsen hingegen.

Der dritte Schritt besteht aus einem Fish (Fluoreszenz-In-Situ-Hybridisierung)- und einem Elisa-Test. Diese charakterisieren die Tumorzellen. Der Einsatz des Fish-Tests ermöglicht erst eine spezifische Analyse der chromosomalen Beschädigung der Onkogene.

Danach erfolgt eine Charakterisierung der Biomarker. Unter Biomarker werden die Onkoproteine verstanden, welche die Tumorzellen exprimieren. Der Nachweis dieser Biomarker lässt auf bestimmte Eigenschaften der Tumorzellen schließen. Im Gegensatz zu den Tumormarkern gilt der Nachweis solcher Mutanten oder ihrer Genprodukte auch als spezifisch für die maligne Entartung eines Gewebes.

Charakterisierung der Biomarker für eine spezifische Therapie

Für das weitere Vorgehen wird eine Zellkultur angelegt. In ihr werden die vorhandenen Tumor-Stammzellen nachgewiesen und durch Immun-Hybridisierung der jeweils vorhandenen Biomarker auf molekularer Ebene charakterisiert. Dies ist entscheidend für die Wahl des richtigen Therapeutikums. Bei diesem Schritt wird auf mehrere Biomarker/Onkoproteine getestet – darunter unter anderem myc, ras und p53m. Der Nachweis des OCT-4-Gens bedeutet beispielsweise, dass eine Tumor-Stammzelle resistent gegenüber der Chemotherapie beziehungsweise der Zytostatika ist.

Die diagnostische Methode Dr. Küblers weist somit neue Möglichkeiten in der Früherkennung von Krebs auf. Eine tatsächliche Erkennung ist schon in sehr frühen Stadien möglich, in denen bereits zirkulierende Tumor-Stammzellen in der Blutbahn vorhanden sind. Mit herkömmlichen Bild-gebenden Verfahren oder Serum-Tumor-Markern kann hingegen zu diesem frühen Zeitpunkt noch kein Nachweis geführt werden. Legen bestimmte Methylierungs-Marker und die Polymerasekettenreaktion bereits das Vorhandensein einer malignen Erkrankung nahe, gelingt mit dem Verfahren Dr. Küblers auch hier schon der reibungslose Nachweis zirkulierender Tumor-Stammzellen, die in ihrer Membran entsprechende Antigene tragen.

Im Falle einer erfolgten operativen Entfernung eines bereits röntgenologisch nachweisbaren Primärtumors kann mittels Apherese sogar unterschieden werden, ob zirkulierende Tumor-Stammzellen mit oder ohne invasivem Potenzial in der Blutbahn vorkommen, was einen Rückschluss auf eine Metastasierung zulässt.

Hintergrund: Krebs-Diagnostik greift oft zu spät

Krebs ist unkontrolliertes Zellwachstum. Auslöser ist der durch Gen-Gifte oder Gen-zerstörende Viren ausgelöste Ausfall eines die Zellteilung bremsenden Gens. Die Mutation dieses Gens löst wiederum eine Signalkaskade aus, die zur Aktivierung des bis dahin ruhenden c-myc-Onkogens führt. Dies gibt der Zelle dann den Befehl sich ununterbrochen zu teilen. Das für Krebs charakteristische Zellwachstum setzt damit ein. Und hat der Tumor schließlich eine Größe von nur wenigen hundert Zellen erreicht, be-ginnt er die Angiogenese – die Metastasierung durch Gefäßbildung. Man spricht in diesem Zusammenhang vom so genannten angiogenetischen Switch. Dabei werden Tumorstammzellen in den Blutkreislauf entsandt. Sie sind die spätere Grundlage für die Entstehung von Metastasen, an denen 80 Prozent der Krebspatienten letztlich sterben.

Besonders problematisch hierbei: Konventionelle Diagnostik-Verfahren erkennen einen Tumor in der Regel zu einem viel späteren Zeitpunkt als das in diesem Beitrag vorgestellte Verfahren. So können radio-immunologische Verfahren oder Röntgenstrahlen Tumore erst ab einer Kantenlänge von 5 mm erkennen. Selbst modernste computertomographische Verfahren spüren einen Tumor erst dann auf, wenn dieser Kirschkern-groß ist. Bei einer solchen Größe handelt es sich allerdings schon um einen Zellhaufen, der aus mehreren Milliarden Tumorzellen besteht. Auch sind diese Diagnostik-Verfahren nicht fehlerfrei. Deutsche Experten gehen davon aus, dass im Rahmen der Mammografie bei fast neun von 1000 Frauen der vorhandene Brustkrebs nicht entdeckt wird. Umgekehrt gibt es aber auch falsche positive Befunde. Ebenso ist mit mittlerer Zuverlässigkeit widerlegt, dass ein Ganzkörper-CT das Risiko verringert, an Krebs zu sterben. Er führt hingegen zu einer relativ hohen Strahlenbelastung und zu häufigen falsch-positiven Befunden. Das gleiche Bild ergibt sich bei der Ertastung von Tumoren. Ein erfahrener und geübter Arzt kann einen Knoten ab einer Größe von einem Zentimeter ertasten. Ob es sich dabei um einen bösartigen Befund handelt, muss allerdings erst in weiteren Untersuchungen festgestellt werden. Mit Tastuntersuchungen kann eine Entdeckung des Tumors oftmals auch nicht sicher festgestellt werden. So ergaben Studien aus verschiedenen Ländern bei einer Tastuntersuchung der Prostata und des männlichen Genitales, dass zwei Drittel der Tumore bei der Untersuchung nicht entdeckt worden sind. Zusammenfassend kann demzufolge gesagt werden, dass die herkömmlichen Früherkennungsverfahren einen Tumor erst dann erkennen, wenn sich bereits Tumorstammzellen in der Blutbahn eines Patienten befinden.

*J. Rosenke, PresseDesk, 10115 Berlin

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