Krankenhausressourcen in Pandemie-Zeiten durch DNA-Messung besser nutzen

Seit knapp zwei Jahren hält COVID-19 die Welt in Atem und sorgt für volle Intensivstationen. Hilfreich wäre es, wenn bereits bei der Einlieferung der Patientinnen und Patienten eine aussagekräftige Prognose getroffen werden könnte. So eine Prognose ist besonders hilfreich wenn es gilt, Krankenhausressourcen gezielt einzusetzen. Eine wichtige Rolle bei der Einschätzung des Zustands von Corona-Patientinnen und -patienten könnte die cfDNA spielen.

Professor Perikles Simon forscht schon seit einigen Jahren zur cfDNA. Auf der MEDICA hielt er einen Vortrag darüber, welche Werte diese Art der DNA anzeigen und wie diese Werte genutzt werden, um bessere Prognosen auf den Intensivstationen zu erstellen. In diesem MEDICA.de-Interview erklärt er, was es mit der cfDNA auf sich hat und inwiefern diese Art der Prognosen schon heute genutzt wird.

Prof. Simon, bei Ihrem Vortrag im MEDICA LABMED FORUM ging es darum, wie cfDNA im Zusammenhang mit COVID-19 genutzt werden könnte – erläutern Sie bitte zunächst, was cfDNA ist.  

Perikles Simon: cfDNA ist die zellfrei im Blut zirkulierende DNA. Als Leistungsphysiologen und Dopingforscher dachten wir vor 15 Jahren naiv, dass DNA vor allem im Zellkern vorkommt. Aber es gibt auch "Abfall-DNA", die im Blut zirkuliert. Heutzutage wird diese schon häufig in der klinischen Routine bei der Liquid Biopsy genutzt, bei der man herausfinden möchte, aus welchem Gewebe diese DNA kommt. Das gelingt anhand der Signatur: Bei der DNA aus gesunden Zellen kann es eine epigenetische Signatur sein, aber es kann auch eine Signatur sein, die für einen Tumor spricht. Wenn eine Gensequenz verändert ist, beispielsweise bei einem Onko-Gen, ist das spezifisch für eine Tumor-Erkrankung.

Was uns interessiert hat, ist die Freisetzung von DNA an sich. Das passiert bei jeder Form von Stressbelastung, sowohl psychisch als auch physisch – alles führt zu einer Erhöhung von DNA, die frei im Blut zirkuliert. Und da wir als Leistungsphysiologen sehr an Extremsituationen wie der völligen Erschöpfung bei Sportlerinnen und Sportlern, aber auch dem Stress von Patientinnen und Patienten, die mit einer COVID-19 Infektion bereits seit vier oder sechs Wochen auf der Intensivstation liegen, interessiert sind, hat das natürlich unser Interesse geweckt. Diese Fälle unterscheiden sich was die Stressbelastung angeht natürlich sehr, außer zu dem einen Zeitpunkt, an dem der Marathonläufer erschöpft im Ziel ankommt. Dort findet sich auch nur kurzfristig ein extrem erhöhter Wert der cfDNA, der sich dann so wie die Sportlerinnen und Sportler sehr schnell wieder erholt, während unsere Intensivpatientinnen und -patienten über Wochen hinweg in diesem Zustand der völligen Erschöpfung sind. Die damit korrespondierenden Marker wie die cfDNA können wir messen und hoffen, daraufhin Prognosen erstellen zu können. 

Sie können durch die cfDNA bei COVID-19 Patienten eine Prognose erstellen?

Simon: Forscherinnen und Forschern des National Institute of Health ist das tatsächlich gelungen. Sie haben direkt bei der Einlieferung der Patientinnen und Patienten erhoben, wer keine andere Erkrankung als COVID-19 hat, und bei ihnen am Tag der Aufnahme die cfDNA gemessen – und die ist ein sehr guter prognostischer Marker für das Versterben oder für die Notwendigkeit der Beatmung. So können also durch die Messung der cfDNA die Krankenhausressourcen besser geplant werden. 

Auch bei uns war es so, dass die Werte mit der Notwendigkeit der Beatmung korrespondierten. Wir haben das im intensivmedizinischen Kontext mit den Kolleginnen und Kollegen gemessen und festgestellt, dass das in der Planung hilfreich sein kann. Der Haken ist nur: Man muss die DNA auch schnell genug messen können. In dieser Hinsicht war die MEDICA in diesem Jahr sehr gut besetzt, was die Themenfelder von der Grundlagenforschung bis zur Lösungsfindung angeht: Motiviert durch die Analytik im Bereich COVID-19 sind die schnellen DNA-Messverfahren wie Pilze aus dem Boden geschossen.

Was denken Sie, wann Ihre Forschung angewendet werden kann, und welche Schritte fehlen bis dahin noch?

Simon: Wir haben zuletzt eine Förderung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bekommen und hoffen, dass wir mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM in Mainz, den Firmen Bytec und R-Biopharm AG und mit unseren Intensivmedizinerinnen und Intensivmedizinern ein Schnellanalysegerät entwickeln können. Der Knackpunkt ist, dass wir einen Vollblutassay für diese DNA-Analytik ans Laufen bringen müssen, weil wir erkannt haben, dass die Prä-Analytik sehr wichtig ist: Häufig herrscht nach der Blutabnahme eine gewisse Sorglosigkeit, denn man hat ja dann die Blutprobe, aber im Grunde beeinflusst man schon mit der Abnahme die Probe. Schon durch die Art des Gerinnungsinhibitors und bei der Frage, ob die Blutprobe minimal über Kapillare, oder venös aus dem Vollblut abgenommen wird, werden die cfDNA Werte stark beeinflusst – von Fragen rund um die Probenstablilität unter einer realistische Lagerung in der klinischen Routine einer Notfallaufnahme einmal ganz abgesehen . Am besten wäre es, die Verfahrensschritte auf das absolute Minimum zu beschränken und direkt in der Vollprobe die cfDNA sensitiv genug zu messen – und das ist unser Ziel. Ich schätze, dass da noch fünf Jahre Entwicklungsarbeit reinfließen.

Sie haben schon vor der Pandemie zum Thema cfDNA geforscht – hat Corona Sie überrascht, sodass Sie in Ihrer Forschungsarbeit das Themengebiet gewechselt haben?

Simon: Tatsächlich haben wir schon vorher gewechselt. Denn das Gendoping beim Leistungssport, was wir vorher erforscht haben, ist mit unserer Methode zwar nachweisbar, aber es ist wahnsinnig aufwendig und im Sport (wo zur Zeit mit konventionellen Pharmaka gedopt werden kann) nicht sinnig anzuwenden. Deshalb haben wir schon früher angefangen, Indikatoren für Darmkrebs im Blut zu messen. Unter anderem hat uns die Frage getrieben, ob jemand mit Krebs noch mehr DNA freisetzt, wenn er sich körperlich betätigt, oder ob es eher weniger DNA ist. Das Ergebnis war, dass er zwar DNA freisetzt wie alle Menschen unter Belastung, dass es aber nicht die DNA aus dem Tumor ist, sondern DNA aus Immunzellen, während die Tumor-DNA sich sogar relativ gesehen verdünnt.

Für uns ist daher die Geschichte mit der DNA im Blut schon lange interessant und COVID-19 hat dem im Grunde nochmal das i-Tüpfelchen aufgesetzt, weil man jetzt erkennt, dass diese Werte als Belastungsmarker sehr relevant sind. Wir haben bei den Intensivpatientinnen und Intensivpatienten teilweise Werte, die Leistungssportlerinnen und Leistungssportler niemals erreichen werden – das sind Dimensionen der cfDNA, bei denen wir schon erkennen können, dass die Thrombose-Neigung enorm gesteigert sein muss. Denn die DNA ist klebrig, negativ geladen und bindet jede Menge positiv geladene Proteine: Die Immunzellen werfen "Netze" an DNA aus, um damit Bakterien und Viren zu immobilisieren – aber wenn sie das zu viel tun, dann wird so viel Erbgut freigesetzt, dass die Thromboseneigung steigt. In solchen Situationen sind wir mit unseren Messungen gut aufgestellt und können hoffentlich dazu beitragen, die Prognose zu verbessern, da man so besser den Einsatz von Geräten und Medikamenten planen kann.

Schauen Sie bitte noch einmal abschließend auf die MEDICA zurück: Wie hat Ihnen die MEDICA gefallen?

Simon: Es war für uns, die wir die MEDICA besuchen konnten, eigentlich toll, weil man schnell von Stand zu Stand gehen und mit den Leuten in die Diskussion kommen konnte. Für mich waren besonders die Forschungseinrichtungen und die Länder mit ihren jeweiligen Forschungen sehr interessant. Aber ich weiß, wie voll die MEDICA ist, wenn wir keine Pandemie haben, deshalb tat es auch etwas in der Seele weh.