Konzept der „liquid biopsy“ in der Versorgung maligner Augentumoren
- Open Access
- 08.11.2024
- Augentumoren
- Leitthema
Zusammenfassung
In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche molekulare Veränderungen in Tumoren als treibende Kräfte für die Ausbreitung und das Überleben von Krebs identifiziert [1]. Parallel dazu hat sich die Erkennung, Diagnose und Behandlung von Krebs weiterentwickelt, was zur Entwicklung neuer spezifischer Angriffspunkte für verschiedene Tumoren geführt hat [2]. Dies war (und ist) ein dynamischer und schnell voranschreitender Prozess. Eine Folge davon ist, dass die moderne Medizin den Schwerpunkt auf eine stärker personalisierte Behandlung der Patienten legt, die auf den jeweiligen Tumor und das entsprechende molekulare Profil des Patienten ausgerichtet ist [3]. Gleichzeitig hat man erkannt, dass eine frühzeitige Diagnose von Primär- und Sekundärkarzinomen unabdingbar ist, sodass sich ein immer größerer Fokus auf minimal-invasive Techniken zur Diagnose und molekularen Typisierung von Malignomen richtet [4]. Die Gewebebiopsie ist nach wie vor der „Goldstandard“ für die Krebsdiagnose. Sie hat jedoch ihre Grenzen, z. B. die schwierige technische Zugänglichkeit bestimmter Krankheitsherde oder die Unzulänglichkeit der histologischen Probe für molekulare Tests, sodass eine erneute Biopsie erforderlich sein könnte. Darüber hinaus können Fehler bei der Probenahme dazu führen, dass die Heterogenität des Tumors unterschätzt wird.
Was ist die „liquid biopsy“?
Die „liquid biopsy“ bietet möglicherweise eine weniger invasive Technik für die Diagnose, die gezielte Behandlung und die Nachsorge bei vielen Krebsarten [4]. Während der Begriff „liquid biopsy“ in der Regel mit der Entnahme von Blutproben assoziiert wird, können diese auch die Analyse anderer biologischer Flüssigkeiten umfassen – z. B. Hirnwasser, Augenflüssigkeit, Speichel, Aszites, Pleuraerguss und Urin –, um Biomarker zu identifizieren, die bei der Bestimmung des klinischen Stadiums, des Krankheitsverlaufs und der Vorhersage des therapeutischen Ansprechens von Nutzen sind.
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Bei der „liquid biopsy“ wird eine Reihe von Biomarkern untersucht, darunter zirkulierende Tumorzellen (CTCs) und zirkulierende freie Tumor-Desoxyribonukleinsäure (ctDNA), die dazu beitragen können, das frühe Vorhandensein einer metastasierten Erkrankung vorherzusagen, bevor Symptome oder Anzeichen von Sekundärerkrankungen in der radiologischen Bildgebung auftreten. Die Tumorfraktion (TF) in einer „liquid biopsy“ ist das Maß für die Menge an CTCs und ctDNA [5]. Weitere Biomarker, die nachgewiesen werden können, sind nichtcodierende Ribonukleinsäuren (ncRNAs), Messenger-RNAs (mRNAs), microRNAs (miRNAs) und extrazelluläre Vesikel (EVs; auch Exosomen genannt), die sowohl Proteine als auch miRNA enthalten können. Zusammen können diese potenziellen Biomarker der „liquid biopsy“ Informationen über die Genomik, Transkriptomik und Proteomik von Tumoren liefern [5].
Die „liquid biopsy“ wird zunehmend bei der Diagnostik und Behandlung von malignen Augentumoren eingesetzt
Die „liquid biopsy“ hat den Vorteil, dass sie in der Regel weniger invasiv ist (z. B. im Falle von Blut- und Urinproben) und leichter wiederholt werden kann als Gewebebiopsien, um die Krebsbehandlung zu überwachen und einen Rückfall festzustellen. Sie wird daher zunehmend bei der Diagnostik und Behandlung von malignen Augentumoren eingesetzt, z. B. bei vitreoretinalen Lymphomen [6], uvealen Melanomen (UM) [7‐9] und Retinoblastomen (Rb) [10‐12]. Einige dieser Tumoren werden in den folgenden Abschnitten behandelt.
Techniken der „liquid biopsy“
In diesem Abschnitt wird auf die verwendeten Techniken eingegangen, die in der Tab. 1 zusammengefasst sind. Einige dieser Techniken sind bisher nur in der Forschung und in klinischen Studien im Einsatz; einige Liquid-biopsy-Tests sind jedoch bereits so weit entwickelt, dass sie in der klinischen Versorgung eingesetzt werden.
Tab. 1
Tabelle der bei der „liquid biopsy“ verwendeten Methoden
Ziel | Methode | Vorteile | Nachteile | Referenz | |
|---|---|---|---|---|---|
CTCs | Isolierung | Dichtegradientenzentrifugation | Benutzerfreundlich | Variable Detektionsraten | |
CTCs Filter | Isolierung von CTCs ohne Abfangstoffe | CTC von kleiner Größe werden nicht detektiert | |||
Durchflusszytometrie | Häufig verwendete Technik der Zellsortierung | Unzureichende Informationen, um die Standards für den CTC-Nachweis zu erfüllen | |||
Mikrofluidische Geräte | CTCs-Chip erfasst eine große Anzahl lebensfähiger CTCs in einem einzigen Schritt | Komplizierter Herstellungsprozess und hohe Kosten | [29] | ||
Dielektrophorese | Manipuliert Zellen entsprechend ihrem Phänotyp und ihrer Membrankapazität, ohne dass eine Markierung oder Veränderung der Zellen erforderlich ist | Kontinuierliche Feinabstimmung der elektrischen Feldparameter erforderlich | [30] | ||
Immunomagnetische Separation | Hervorragende Geschwindigkeit und Effizienz bei der Erkennung und Charakterisierung von CTCs | Basiert auf begrenzten Erkennungsstrategien: z. B. auf EpCAM; erkennt keine CTCs mit geringer oder keiner EpCAM-Expression | |||
Erkennung | Hochauflösendes Scannen von Bildern | Eine anreicherungsfreie Methode zur Identifizierung von CTCs | Begrenzte Anwendbarkeit und Verarbeitungsgeschwindigkeit | [33] | |
mRNAs Analyse und immunzytologische Färbung | Häufig verwendete hochpräzise Nachweismethode | Komplexe Probenhandhabung und Arbeitsabläufe | [34] | ||
Mutationsanalyse | Bietet Informationen zur Tumorentwicklung | Fragwürdige Repräsentativität, wenn sie auf einer einzigen Mutation beruht | [24] | ||
„Single-cell next-generation sequencing“ | Präzise Analyse einzelner CTCs und Aufdeckung der Tumorheterogenität | Komplexe Handhabung von Proben | [35] | ||
Kombinierte Strategien | Integrierte Plattform, die deterministische Seitenverschiebung, Trägheitsfokussierung und Magnetophorese kombiniert | Hoher Durchsatz und Effizienz, Isolierung von CTCs unabhängig von Tumoroberflächenepitopen | Hohe Herstellungskosten und Komplexität | [36] | |
Negativselektion und 3‑D-Zellkultur | Im Vergleich zur herkömmlichen Negativauslese verbessert sie die Reinheit erheblich | Die Zellproliferation in einer 3‑D-Umgebung ist langsamer | [37] | ||
ctDNA/ctRNA | Mutationserkennung | ddPCR | Hohe Sensitivität | Erfordert eine größere periphere Blutprobe | |
COLD-PCR | Geeignet für den Nachweis seltener und wenig verbreiteter Mutationen | Muss mit anderen Erkennungsmethoden kombiniert werden | [42] | ||
ARMS-PCR | Hohe Empfindlichkeit, hohe Genauigkeit, einfache Bedienung und niedrige Kosten | Nicht in der Lage, einen hohen Durchsatz und eine hohe Position zu erkennen | [43] | ||
BEAMing | Messung einzelner DNA-Moleküle mit hoher Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit | Komplexe Probenhandhabung und Arbeitsabläufe | [44] | ||
NGS | Hoher Durchsatz und hohe Empfindlichkeit | Komplexer Arbeitsablauf bei der Datenanalyse und hohe Kosten | |||
Methylierungsnachweis | Whole-Genome-Bisulfite-Sequenzierung | Hohe Empfindlichkeit und Abdeckung des gesamten Genoms | Komplexe Arbeitsabläufe und hohe Kosten | [48] | |
DREAMing | Einfach, kosteneffektiv und mit hoher Sensitivität und Spezifität | Erkennt nur bekannte Loci | [49] | ||
DISMIR | Hohe Empfindlichkeit und relativ geringe Nachweiskosten | Betont die Verteilung der Methylierung über das gesamte Genom und nicht über einzelne Loci | [50] | ||
NcRNAs | Nachweis basierend auf der PCR | RT-PCR, RT-qPCR, dPCR, und ddPCR | Hohe Empfindlichkeit, einfaches und gut entwickeltes Analyseprogramm | Kontroverse bezüglich des Standardisierungsprozesses | [51] |
Nachweis basierend auf der NGS | Genchips und RNA-Sequenzierung | Screening von ncRNAs kann durchgeführt werden | Geringe Spezifität und hohe Kosten | [52] | |
Erkennung der Expression und Funktion | Microarray | Keine Amplifikationstechniken notwendig | Abhängig von den bekannten Molekülen | [53] | |
Nanostrukturierte Biochips | Metallische Nanopartikel, Graphenoxid, Quantenpunkte und nanostrukturierte Polymere | Hohe Empfindlichkeit ermöglicht den Nachweis von Molekülen in sehr geringen Konzentrationen | Der Herstellungsprozess ist komplexer als bei herkömmlichen Biochips | [54] | |
EVs | Isolierung | Ultrazentrifugation | Benutzerfreundlich und kostengünstig | Kontamination und Integrität sind gefährdet | [55] |
Filtrierung | Niedrige Kosten und hohe Effizienz | Kontaminationsprobleme; nicht für alle Körperflüssigkeiten geeignet | |||
Größenausschluss-Chromatographie | Hohe Partikelintegrität und geringere Anfälligkeit für Verunreinigungen durch lösliche Proteine | Geringe Partikelausbeute; nicht für alle Körperflüssigkeiten geeignet | [58] | ||
Membranaffinität | Einfache Handhabung und gute Wirtschaftlichkeit | Geringe Spezifität bei der Anreicherung von EV-Subpopulationen und Anfälligkeit für Kontamination | [59] | ||
Immunoaffinitätserfassung | Können spezifische Subpopulationen von Partikeln trennen | Geringer Ertrag | [60] | ||
Präzipitation | Hoher Ertrag mit guter Rentabilität | Anfällig für Kontamination durch lösliche Proteine | [61] | ||
Detektion | Herkömmliche Methoden zum Nachweis von EVs, wie ELISA, Western Blot, Durchflusszytometrie und PCR | Geringe Kosten | Geringe Effizienz und komplexe Schritte | [62] | |
Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie | Ein markierungsfreies, hochempfindliches Verfahren | Oberflächenabhängigkeit | [63] | ||
Elektronmikroskopie | Reflektiert die Exosomenstruktur | Kostspielig; die Verarbeitung der Proben ist komplex und kann möglicherweise inhärente Eigenschaften verändern | [64] | ||
Elektrochemisch | Hohe Sensitivität und großer Messbereich | Hohe Abhängigkeit | [65] | ||
Oberflächenplasmonenresonanz | Hohe Sensitivität und Detektion in Echtzeit | Hohe Kosten und Abhängigkeit von der Oberfläche | [66] | ||
Kolorimetrischer Nachweis | Einfache Handhabung | Anfällig für externe Störungen | [67] | ||
Elektrokinetische Chips mit Wechselstrom | Hohe Trennleistung und Sensitivität | Komplexe Konstruktion und Fertigung, beschränkt auf spezifische Anwendungen | [68] |
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„Liquid biopsy“ in der Onkologie im Allgemeinen
Derzeit gibt es mehrere von der Conformité Européene (CE) und der U.S. Food and Drug Administration (FDA) zugelassene Liquid-biopsy-Tests für verschiedene Anwendungen bei unterschiedlichen Krebserkrankungen. Dazu gehören die Folgenden (dies ist keine vollständige Liste!):
1.
Guardant360 CDx (Guardant Health, CA, USA): Dieser Test von Guardant Health ist ein umfassendes Instrument zur Erstellung von Tumormutationsprofilen für alle soliden Krebsarten. Er wurde zugelassen als Begleitdiagnostikum für Tagrisso (Osimertinib); ein Medikament zur Behandlung von nichtkleinzelligen Lungenkarzinomen mit spezifischen Mutationen, insbesondere im epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor (EGFR), und wird für andere Therapien weiterentwickelt [13, 14].
2.
OncoBEAM® RAS CRC Assay (Merck und Sysmex Inostics, Darmstadt und Hamburg, Deutschland): Dieser von Merck und Sysmex Inostics entwickelte Liquid-biopsy-Test wird bei metastasierendem Darmkrebs (CRC) eingesetzt. Er identifiziert Mutationen im RAS-Gen und hilft so, Behandlungsentscheidungen für Anti-EGFR-Therapien zu treffen [15].
3.
Elio Plasma Resolve (Personal Genome Diagnostics, MD, USA): Dieser Test von Personal Genome Diagnostics (PGDx) nutzt Next-Generation-Sequencing (NGS), um Mikrosatelliteninstabilität (MSI) und andere relevante Biomarker in ctDNA aus dem Plasma nachzuweisen. Er ist CE-gekennzeichnet und bietet ein umfassendes genomisches Profiling für verschiedene Krebsarten [16].
4.
Biocartis Idylla™ ctKRAS- und ctNRAS-BRAF-EGFR S492R-Mutationstests (Biocartis NV, Mechelen, Belgien): Diese Tests konzentrieren sich auf den Nachweis von KRAS(Kirsten Rat Sarcoma)-, NRAS(Neuroblastoma rat sarcoma)-, BRAF(B-rapidly accelerated fibrosarcoma)- und EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor)-Mutationen in ctDNA und sollen Entscheidungen bezüglich zielgerichteter Therapien bei Darm- und Lungenkrebspatienten stützen [17, 18].
5.
FoundationOne®Liquid CDx (Foundation Medicine, MA, USA) hat die FDA-Zulassung für mehrere Anwendungen erhalten, darunter für metastasierten kastrationsresistenten Prostatakrebs (mCRPC), nichtkleinzelligen Lungenkrebs (NSCLC) und fortgeschrittenen Brustkrebs [13]. Neben dem FoundationOne®Liquid CDx bietet Foundation Medicine auch den FoundationOne®Tracker an, der die Therapieansprache und den Krankheitsprogress durch ctDNA-Analyse überwachen soll. Das Unternehmen betont die Bedeutung der Zusammenarbeit bei der Weiterentwicklung der Liquid-biopsy-Technologie und arbeitet mit verschiedenen Interessengruppen zusammen, um genomische Daten zu integrieren und die Krebsbehandlung zu verbessern [13, 19].
Die meisten der oben genannten Tests sind gegen Karzinomzellen gerichtet, d. h. gegen Tumorzellen, die Zytokeratine exprimieren und bestimmte epitheliale Mutationen aufweisen. Auch für Melanome der Haut gibt es CE-gekennzeichnete Liquid-biopsy-Tests. Ein Beispiel ist der CE-gekennzeichnete polygene Risiko-Score-Test für Melanome der Haut von Antegenes, genannt AnteMEL. Dieser Test bewertet das genetische Risiko für Melanome und hilft bei der Früherkennung und der Entwicklung personalisierter Behandlungsstrategien [20]. Darüber hinaus bietet Personal Genome Diagnostics (MD, USA) den Elio Plasma Resolve-Test an, einen umfassenden NGS-Test, mit dem verschiedene genetische Veränderungen bei mehreren Krebsarten – einschließlich des Melanoms – nachgewiesen werden können [16].
Das internationale Biotechnologieunternehmen Illumina gab kürzlich den Abschluss der Ausgliederung des Krebstestherstellers GRAIL bekannt, der nun ein unabhängiges Unternehmen ist. GRAIL (CA, USA) ist dabei, die Zulassung für seinen Multicancer-Liquid-biopsy-Test, den Galleri®-Test, von der FDA zu bekommen [21]. Das klinische Labor von GRAIL ist nach den „Clinical Laboratory Improvement Amendments“ (CLIA) von 1988 zertifiziert und vom College of American Pathologists (CAP) akkreditiert. Auch hier handelt es sich bei den meisten der mit dem Galleri®-Test getesteten Krebsarten um Karzinome, aber auch um Melanome der Haut und einige Lymphome und Leukämien.
„Liquid biopsy“ in der okulären Ophthalmologie
Derzeit gibt es keine spezifischen CE-gekennzeichneten Liquid-biopsy-Tests, die ausschließlich für das UM bestimmt sind. Einige Fortschritte bei den Liquid-biopsy-Technologien könnten jedoch möglicherweise an das UM angepasst werden. Beispielsweise bietet das CE-gekennzeichnete Elio Plasma Resolve von Personal Genome Diagnostics umfassende Möglichkeiten zur Erstellung von Genomprofilen, die verschiedene Krebsarten umfassen. Solche umfassenden Assays sind zwar nicht ausschließlich für das UM geeignet, könnten aber zur Überwachung der für diese Krankheit relevanten genetischen Veränderungen eingesetzt werden. Darüber hinaus wird derzeit die Verwendung von Kammerwasser als Liquid-biopsy-Medium für das UM erforscht [22]. Diese Methode zielt darauf ab, das Metastasierungsrisiko zu erkennen und molekulare Erkenntnisse zu gewinnen, ohne dass invasivere Gewebebiopsien durchgeführt werden müssen. Obwohl sich dieser Ansatz noch in der Forschungsphase befindet, ist er vielversprechend für künftige klinische Anwendungen.
Derzeit gibt es keine CE-gekennzeichneten ausschließlich für UM und Rb bestimmten Liquid-biopsy-Tests
Ebenso gibt es keine CE-gekennzeichneten Liquid biopsy-Tests, die speziell für das Rb zugelassen sind. Die Forschung in diesem Bereich hat, insbesondere bei der Verwendung von Kammerwasser als Surrogatmarker für die vom Tumor stammende DNA beim Rb (siehe weitere Beiträge in dieser Ausgabe [69‐71]), großes Potenzial gezeigt [23]. Dieser Ansatz könnte eine genetische Analyse ermöglichen, ohne dass invasive Gewebebiopsien erforderlich sind, die bei dieser Art von Krebs riskant sind.
Schlussfolgerung
Diese oben genannten CE-gekennzeichneten und FDA-zugelassenen Tests unterstreichen die zunehmenden Möglichkeiten und die Akzeptanz von Liquid-biopsy-Technologien in der klinischen Praxis, die eine nichtinvasive Krebsdiagnostik und wesentliche genomische Informationen für die Krebsdiagnose, -überwachung und -therapieplanung bieten können.
Fazit für die Praxis
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Bei der „liquid biopsy“ wird nichtsolides biologisches Gewebe auf das Vorhandensein von Krebszellen oder Fragmente von Tumor-DNA (Desoxyribonukleinsäure) untersucht.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Biopsien ist die „liquid biopsy“ in der Regel minimal-invasiv.
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Folgende Analysen werden durchgeführt: zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA), zirkulierende Tumorzellen (CTCs) sowie exosomale RNA(Ribonukleinsäure)- und Proteinbiomarker.
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Die technologischen Fortschritte der letzten 10 Jahre haben die Empfindlichkeit für den Nachweis von ctDNA, die Isolierung und Erfassung von CTCs sowie die Isolierung und Analyse exosomaler Inhalte in Blutproben erheblich verbessert.
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Mehrere Liquid-biopsy-Tests haben bereits die FDA(Food and Drug Administration)- und EU(Europäische Union)-Zulassung erhalten, jedoch hinkt die behördliche Zulassung den raschen technologischen Entwicklungen hinterher.
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Einhaltung ethischer Richtlinien
Interessenkonflikt
S.E. Coupland, S.R. Sonntag, H. Heimann und S. Grisanti geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Für diesen Beitrag wurden von den Autor/-innen keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.
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