Pictures of the Future      Herbst 2008

Verräterischer Fingerabdruck

Neue diagnostische Tests prognostizieren, wie erfolgreich eine Brustkrebs­patientin mit verschiedenen Tumortherapien behandelt werden kann – Molekulare Diagnostik als Grundlage einer maßgeschneiderten Therapie für jede Patientin.

Eine traurige Statistik: Allein in Deutschland werden jedes Jahr über 150.000 Frauen wegen Brustkrebs behandelt. Doch wenn der Tumor frühzeitig erkannt und entfernt wird, bestehen gute Heilungschancen. Um sicher zu gehen, dass keine Krebszellen im Körper verbleiben, unterziehen sich die meisten Patientinnen nach der Operation einer Chemotherapie. Die starken Neben­wirkungen nehmen sie wohl oder übel in Kauf. Dabei zeigt doch die Medizin­geschichte: Etwa 70 % bräuchten diese belastende Behandlung gar nicht. "Diese Tatsache wird durch zahlreiche Studienergebnisse belegt, die vor allem aus den 1970er- und 80er-Jahren stammen, also aus Zeiten, als die Chemo­therapie, wie wir sie heute kennen, noch in ihren Kinderschuhen steckte", berichtet Dr. Christoph Petry, Leiter Molekulare Forschung Deutschland bei Siemens Healthcare Diagnostics in Köln. "Damals wurden die Patientinnen nach ihrer Tumoroperation einfach nach Hause geschickt. Es zeigte sich über die Jahre, dass etwa 70 von 100 Operierten kein so genanntes Tumorrezidiv entwickelten. Sie waren dauerhaft kuriert."

Doch niemand wusste damals, wer zu den 70 % der Geheilten gehören würde und wer nicht. Es war eine Frage des Schicksals. Auch die heutige Diagnostik ist weit davon entfernt, alle Frauen der 70-%-Niedrigrisikogruppe korrekt als solche zu erkennen und für sie eine weniger aggressive, weniger belastende und doch effektive Therapie zu ermöglichen. Deshalb entwickelt Petry mit 35 Mitarbeitern im Kölner Forschungslabor seit Anfang 2007 einen neuartigen Brustkrebs-Prognose-Test, der einen erheblichen Teil der Niedrigrisiko-Patientinnen herausfiltert – und ihnen damit in Zukunft die Chemotherapie ersparen könnte.

Treffsicherheit erhöhen. Ein solcher Test muss mit sehr großer Zuverlässig­keit Risikopatientinnen richtig klassifizieren. Ansonsten würde für die falsch klassifizierte Patientin das Risiko an ihrem Tumor zu versterben, erheblich ansteigen – im Fachjargon heißt das, der Test muss eine hohe Sensitivität besitzen. Die Anforderungen an den Test, Patientinnen, die später keine Meta­stase entwickeln, tatsächlich korrekt der 70-%-Niedrigrisikogruppe zuordnen zu können – das nennt man Spezifität –, sind natürlich geringer. Diese Eigen­schaft des Tests bestimmt jedoch darüber, wie vielen Patientinnen ein solcher Test überhaupt nützen kann.

Tatsächlich ist es heute schon möglich, Patientinnen mit besonders hohem oder niedrigem Risiko zu identifizieren. Dazu untersucht der Pathologe Gewebeschnitte unter dem Mikroskop. "Anhand der Zellstruktur und durch die Eigenschaften der Zellen, sich von speziellen Reagenzien einfärben zu lassen, kann er dem behandelnden Arzt wesentliche Informationen liefern, ob es sich um einen wenig aggressiven Tumor handelt, der sich wahrscheinlich nicht im Körper ausbreiten wird", sagt Petry. Heutige Methoden haben jedoch Schwierig­keiten, Sensitivität und Spezifität auf hohem Niveau zu vereinen. "Mit unserem Brustkrebs-Prognose-Test wollen wir Pathologen künftig eine Methode mit einer bisher unerreichten Kombination aus Sensitivität und Spezifität, also einer hervorragenden Treffsicherheit an die Hand geben", so der promovierte Chemiker. "Eine 100-prozentige Treffsicherheit werden wir wohl nie erreichen. Wenn wir aber, wie es sich abzeichnet, vielen Betroffenen mit einer 90-prozentigen Sicherheit sagen können ‘Sie brauchen keine Chemo­therapie’, dann ist das hervorragend. Das Risiko einer so diagnostizierten Frau, ein Rezidiv zu erleiden, ist dann nicht wirklich höher als das jeder gesunden Frau, irgendwann in ihrem Leben überhaupt an Brust­krebs zu erkranken."

Der neue Diagnostik-Test soll in Zukunft in Kombination mit den heute üblichen Analyseverfahren verwendet werden. Wie gewohnt kommt Tumor­gewebe nach einer Brustbiopsie oder Operation ins Labor des Pathologen, der es zum Konservieren für einige Stunden in Formalin einlegt. Dann bettet er die Gewebestückchen in Paraffin ein und schneidet daraus 5 bis 10 µm dünne Scheibchen für Untersuchungen unter dem Mikroskop. Auch der Prognose-Test von Siemens baut auf diesem beim Pathologen üblichen Analysen­material auf. Die Marker werden jedoch nicht über unterschiedlich starke Färbe­reaktionen im Gewebe gemessen, sondern, und das ist das Besondere, durch eine In-vitro-Analyse der in dem Tumorgewebe vorhandenen Nuklein­säuren, den Trägern der Erbinformation.

Magnetische Anziehung. Hierbei kommt ein weltweit einzigartiges von Siemens Healthcare entwickeltes automatisches Nukleinsäure-Extraktions­system zum Einsatz. Es ist Teil des Versant kPCR-Analysesystems von Siemens – kPCR steht für kinetische PCR, eine Technik, die verwendet wird, um Nukleinsäuren mittels PCR-Verfahren (PCR: Polymerase-Kettenreaktion) zu vervielfältigen und gleichzeitig quantitativ zu bestimmen.

Der vollautomatisch arbeitende Roboter, der ab Ende des Jahres in der klinischen Routine zum Einsatz kommen soll, extrahiert Nukleinsäuren mit Hilfe Kieselsäure-beschichteter Magnetpartikel – Nukleinsäuren binden an Kieselsäure und damit an die Magnetpartikel durch Wasserstoffbrücken­bindung.

"Gängige Methoden liefern ungleich große Teilchen, die Eisenoxid und Kiesel­säure in mehr oder weniger stark variierenden Verhältnissen enthalten. Doch uns ist es gelungen, die Herstellung solcher Magnetpartikel zu optimieren, und wir erhalten gleich große und gleich stark magnetische Partikel mit ganz konstanten und reproduzierbaren chemischen und physikalischen Eigen­schaften. Sie bestehen aus einem rund 100 nm kleinen Eisenoxid-Kern und einer gleichmäßigen, ultradünnen Kieselsäurehülle", sagt Petry. "Das hat den Vorteil, dass die Partikel leicht und gut dispergierbar und gleichzeitig exzellent magnetisierbar sind."

Der Laboralltag in der molekularen Diagnostik könnte in Zukunft folgender­maßen aussehen: Ein biologisch-technischer Assistent platziert einen hauch­dünnen Gewebeschnitt, der aus einer Tumorprobe präpariert wurde, in ein kleines Röhrchen und stellt dieses – eventuell zusammen mit einigen Dutzend weiterer Röhrchen mit Tumorproben verschiedener Patientinnen – auf das Probentablett des neuen Versant kPCR Molecular System. Mit einem Mausklick wählt er den gewünschten Test aus und startet das System. Von da an läuft alles automatisch. "Der Pipettierroboter gibt zunächst eine Lösung zu den Gewebeproben, die diese bei erhöhter Temperatur auflöst. Die so frei­gesetzten Nukleinsäuren werden nach Zugabe der magnetischen Partikel in einer so genannten Deepwell-Platte von den Partikeln adsorbiert", erläutert Petry.

Dann stellt der Roboter die Platte auf einen magnetischen Block, der die Magnetpartikel samt Nukleinsäuren zu Boden zieht, und saugt die Überstände ab, die vor allem Proteinreste enthalten. Nach Abschalten des Magnetfelds wäscht der Roboter die Partikel durch kurzzeitiges Rütteln der Platte – und saugt die "schmutzige" Lösung bei eingeschaltetem Magnetfeld erneut ab. Abschließend wird die sauber gewaschene Magnetpartikel-Nukleinsäure-Kombi getrennt; die losgelösten Nukleinsäuren stehen dann für die eigentliche Analytik zur Verfügung.

Vollautomatische Vervielfältigung. Nun folgt die Vervielfältigung der Nuklein­säuren mittels PCR. In einem ersten Schritt wird die so genannte Boten-Ribo­nukleinsäure (mRNA) in Desoxyribonukleinsäure (DNS) umgeschrieben. Die DNS wird dann in 40 PCR-Zyklen vermehrt und ihre Menge genau bestimmt. "Mit unserem Prognosetest schauen wir uns die Mengenverhältnisse von zwölf Tumor-Nukleinsäuren an und erhalten so Auskunft darüber, welche der zwölf tumorspezifischen Gene stärker, welche schwächer exprimiert sind", sagt Petry. "Diese zwölf Werte liefern dann eine Art genetischen Fingerabdruck des Tumors, mit dessen Hilfe wir den Krebstyp eindeutig charakterisieren können." Handelt es sich um einen Typ mit geringer Neigung zum Rückfall oder zur Metastasenbildung, dann können Pathologe und Onkologe künftig der Patientin empfehlen, auf eine Chemotherapie zu verzichten.

"Wir sind mit diesem Projekt noch in der frühen Entwicklung. Es wäre daher verfrüht zu sagen, wann wir den Test anbieten können", konstatiert Christoph Petry. Doch er ist sich sicher: "Das ist keine Sciencefiction. Die Forschungs­phase ist für uns beendet. Diese Tests werden kommen, und sie werden die Tumortherapie effektiver und schonender für die Patientin machen".
                                                                                                            Ulrike Zechbauer