Brustkrebs-Diagnose durch Liquid Biopsy-Verfahren

Die Brustkrebsdiagnose erfolgt in der Regel über invasive Tests mit Gewebebiopsien. Die Proben müssen dabei aus dem Krebsgewebe oder den Krebszellen entnommen werden. Um den Prozess für die Patientinnen und Patienten zu vereinfachen, entwickelt das Forscher-Team in dem Projekt LIBIMEDOTS derzeit eine Alternative mit dem sogenannten Liquid Biopsy-Verfahren.

Im Interview mit MEDICA.de spricht Dr. Neus Feliu Torres über das „Liquid Biopsy“-Verfahren (die sogenannte Flüssigbiopsie) und verrät, wie der Einsatz von Nanotechnologien die Brustkrebsdiagnose verbessern könnte.

Was ist das Ziel des LIBIMEDOTS-Projekts?

Dr. Neus Feliu Torres: Das LIBIMEDOTS-Projekt zielt darauf ab, effiziente und schonende (nicht-invasive) Methoden zur Diagnose von Brustkrebs auf der Basis von Blutproben zu entwickeln. Im Projekt nutzen wir nanotechnologische Ansätze als aufstrebende Technologie und vielversprechende Alternativmethode. Dazu werden verschiedene magnetische und fluoreszierende Nanopartikel entwickelt, um im Blut zirkulierende Tumorzellen hochsensitiv und affin anzureichern und nachzuweisen. Zu den Vorteilen der Verwendung von Nanopartikeln für die Biosensorik gehören: hohe Empfindlichkeit, Spezifität, Nachweisbarkeit, schnelle Analyse, niedrige Kosten, einfache Biokonjugation und die Aussicht auf Portabilität (Point-of-Care-Tests) und personalisierte Medizin. Im Rahmen des Projekts arbeiten wir eng mit Wissenschaftlern der katalanischen Rovira i Virgili Universität (Professor Ramon Alvarez-Puebla, Experte für die Entwicklung optischer biologischer Sensoren und Datamining), der Universität Hamburg (Professor Wolfgang Parak, Experte für Nanopartikelsynthese und biologische Anwendungen), und des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (Professor Klaus Pantel, einem führenden Experten für Liquid Biopsy) zusammen.

Welche Vorteile hätte eine Liquid Biopsy (Flüssigbiopsie) gegenüber der klassischen Biopsie?

Feliu Torres: Konventionell erfolgt eine Krebsdiagnose über eine Gewebebiopsie und mittels einer immunhistochemischen Analyse. Dies beinhaltet die Entnahme einer Probe des Krebsgewebes oder der Krebszellen. Gewebebiopsien sind invasiv, zeitaufwändig, kostspielig, schmerzhaft, eventuell riskant oder können manchmal sogar nicht am Patienten ausgeführt werden. Außerdem liefern sie keine Echtzeit-Aussagen zum Krankheitsstatus und zum Krankheitsverlauf. Flüssigbiopsien sind dagegen nicht mit diesen Nachteilen behaftet, denn sie untersuchen das Tumorgewebe nicht direkt. Stattdessen zielt die Liquid Biopsy darauf ab, Tumormarker in Körperflüssigkeiten nicht-invasiv nachzuweisen. Die Methode ist schnell, kostengünstiger und erlaubt eine kontinuierliche Überwachung der Krebskrankheit (aufgrund wiederholter Probenentnahmen), was damit auch eine personalisierte Medizin ermöglicht.

Wie läuft eine Liquid Biopsy (Flüssigbiopsie) ab?

Feliu Torres: Liquid Biopsy-basierte Tests gelten als Alternative zu chirurgischen Biopsieverfahren. Es ermöglicht Ärzten, eine Reihe von Informationen über krebsrelevantes Material – zum Beispiel Tumor-DNA – aus Blut- oder anderen Flüssigkeitsproben zu gewinnen. Einfach gesagt, der Arzt entnimmt beispielsweise eine Blutprobe und schickt sie dann an ein Labor, um mittels mehreren neuen analytischen Untersuchungsverfahren Anzeichen von Krankheiten zu prüfen. Mit unserer Methode wollen wir spezifische affine magnetische und fluoreszierende Nanopartikel entwickeln, um kleine Krebszellen zu erkennen. Kurz gesagt, die Nanopartikel werden den entnommenen Patientenblutproben zugesetzt, und nach spezifischen Bindungsverfahren könnten Krebszellen mit Fluoreszenz detektiert werden. Der Vorteil der Verwendung von fluoreszierenden Nanopartikeln besteht darin, dass keine Photobleichung auftritt. Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen fluoreszierenden Farbstoffen sind sie außerdem photostabil.

Warum konzentriert sich Ihre Forschung auf Brustkrebs?

Feliu Torres: Bei den Frauen ist Brustkrebs die weltweit häufigste Krebserkrankung. Daher haben wir uns entschieden, unsere Nanotechnologie-basierte Liquid Biopsy-Methode zur Diagnose von Brustkrebs zu entwickeln. Allerdings könnte diese Methodik künftig auch zur Erkennung von anderen Arten von Krankheiten und Krebsarten angepasst werden.

Was erhoffen Sie sich von Liquid Biopsy-Verfahren in der Zukunft?

Feliu Torres: Bislang kann die Flüssigbiopsie eine Tumorbiopsie nicht ersetzen und wird daher als ergänzende Information zu den traditionellen Analysemethoden verwendet. In Zukunft streben wir jedoch an, das Liquid Biopsy-Verfahren als Instrument zur Krebsvorsorge zu etablieren. Flüssigbiopsien könnten künftig eine kontinuierliche Überwachung der Krankheit bieten und personalisierte Aussagen dazu liefern, ob ein Patient erfolgreich auf eine Therapie anspricht, indem Proben vor und während der Behandlung analysiert werden.

Ich glaube, dass bedeutende Fortschritte in der Nanotechnologie durch die Verwendung von mikro- und nanostrukturierten Systemen zur Entwicklung von Liquid Biopsy-Verfahren mit höherer Sensitivität und Spezifität beitragen werden. Die Verwendung von Nanopartikeln ist auf diesem Gebiet zur Signalverstärkung besonders wertvoll, da diese keine enzymatischen Reaktionen oder mehrere Verstärkungsschritte benötigen. Der Nachweis von Krebsbiomarkern wie zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA), zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) oder Exosomen ist aufgrund ihrer geringen Mengen im Blutkreislauf eine schwierige Aufgabe. Aus diesen Gründen werden Enhancer für die Analyse benötigt. Nanopartikel könnten den Nachweis von Krebsbiomarkern trotz geringen Mengen im Blutkreislauf verbessern, was derzeit eine große Herausforderung darstellt. Sie werden neue Erkenntnisse in die klinische Praxis einbringen und die Entwicklung von Früherkennungsmethoden für die Echtzeitüberwachung von Krankheiten ermöglichen.

Um relevante Informationen über den Tumor und die Metastasierung zu erhalten, bewegt sich dieses Forschungsfeld außerdem in Richtung Multiomics-Analyse. Dies bedeutet eine gleichzeitige Detektion und Analyse unterschiedlicher Biomarker. Auch Nanopartikel weisen diese Fähigkeit auf. Daher haben sie ein großes Potenzial für Liquid Biopsy-Verfahren und tragen damit auch zur Multiplex-Analyse bei.

In welchem Stadium befindet sich Ihr Projekt zum jetzigen Zeitpunkt? Was sind die nächsten Schritte?

Feliu Torres: Wir entwickeln derzeit eine Bibliothek verschiedener magnetischer und fluoreszierender Nanopartikel, um die besten Kandidaten für den Nachweis von Krebszellen zu finden. Wir versuchen, die besten magnetischen Nanopartikel zu optimieren, die die höchste affektive Voranreicherung von Blutzellen ermöglichen. Gleichzeitig optimieren wir die relevanten zielgerichteten Fähigkeiten der fluoreszierenden Nanopartikel, mit denen die Krebszellen sehr spezifisch mittels einem Fluoreszenz-Ansatz ausgezeichnet und detektiert werden sollen. Mit einigen ausgewählten Nanopartikeln führen wir derzeit in vitro-Tests durch.