Neueste technologische Entwicklungen für die Analy

Authors: Peter Ulz Jochen B Geigl Michael R SPEIcher Ellen Heitzer

Publish Date: 2016/08/15

Volume: 28, Issue: 2, Pages: 234-244

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Abstract

Die Analyse von zirkulierender TumorDNA zusammen mit der Analyse von zirkulierenden Tumorzellen auch oft Liquid Biopsy genannt ist ein sich rasch entwickelndes Feld in der medizinischen Forschung Obwohl es von der Entdeckung der zellfreien DNA bis hin zur Erkenntnis dass sie sich als Biomarker eignet Jahrzehnte gedauert hat wurde der klinische Nutzen der ctDNA hinsichtlich der Überwachung des Therapieansprechens der Identifizierung von Resistenzmechanismen und neu aufkommenden Therapiezielen sowie der Detektion von minimaler Resterkrankung mittlerweile in unzähligen Studien bewiesenAufgrund der hohen Variabilität mit der ctDNA in der Zirkulation vorkommt sowie der starken Fragmentierung stellt die ctDNA aber einen schwierigen Analyten dar In den letzten Jahren haben erhebliche technologische Fortschritte dazu beigetragen dass eine Routineanwendung der ctDNAAnalysen tatsächlich realisierbar wird sofern eine Reihe von regulatorischen Hürden überwunden wirdThe analysis of circulating tumor DNA ctDNA and circulating tumor cells often known as liquid biopsy is a rapidly developing field of medical research Although it has taken decades since the discovery of cellfree DNA for it to be recognized as a suitable biomarker the clinical benefit of ctDNA with regard to monitoring therapy response the identification of resistance mechanisms and novel emerging actionable targets in addition to the detection of minimal residual disease has recently been proven in numerous studiesOwing to the great variability of ctDNA in the circulation together with the high degree of fragmentation ctDNA is a challenging analyte However in recent years technological advances have contributed to a variety of routine applications of ctDNA analysis becoming a reality given that a number of additional regulatory hurdles can be overcomeDie Analyse zirkulierender TumorDNA ctDNA eröffnet vielerlei Möglichkeiten für den Einsatz in der Klinik Für die Früherkennung von Tumoren bzw Rezidiven sind hochauflösende Methoden notwendig da die zu erwartende Menge an ctDNA gering ist Das Monitoring der Tumorevolution das Identifizieren von neuen Therapietargets sowie die Überwachung des Therapieerfolgs erfordern umfassendere Analysen und somit einen höheren Tumoranteil da diese Methoden meist eine geringere analytische Sensitivität aufweisen Bekannte Resistenzmechanismen können auch bei einem niedrigen Tumoranteil identifiziert werden unbekannte hingegen erfordern genomweite Analysen die bislang nur mit einem hohen Tumoranteil in der Probe möglich sindDennoch findet die Analyse von ctDNA noch keine breite Anwendung in der klinischen Routine hauptsächlich aufgrund von regulatorischen Hürden sowie des Fehlens von einheitlichen Verfahrensanweisungen SOPs für standardisierte Probengewinnung und nachfolgende Analysen oder die Befunderstellung Diese Problematik wird an anderer Stelle in dieser Ausgabe diskutiert Auch die Biologie der ctDNA hinsichtlich ihrer Freisetzung Dynamik und Kinetik ist noch nicht vollständig geklärt Unklar ist inwieweit ctDNA tatsächlich ein repräsentatives Porträt der Krebserkrankung darstellt oder ob ctDNA nur die am meisten proliferierenden Klone reflektiert Außerdem unterscheidet sich die Prävalenz der ctDNA in verschiedenen Tumorentitäten und selbst innerhalb einer Entität findet man eine erhebliche Variabilität 6 Die Tatsache dass zellfreie DNA cfDNA auch bei gesunden Individuen zu finden ist spricht dafür dass es sich bei der Freisetzung eigentlich um einen physiologischen Prozess handelt Studien weisen aber darauf hin dass man in bestimmten pathologischen Konditionen wie dem systemischen Lupus erythematodes SLE der rheumatoiden Arthritis und speziell bei Tumorpatienten erhöhte Mengen an zellfreier DNA findet 3 6 7 8 9 10 11 12 13 cfDNA wird unter physiologischen Bedingungen durch im Blut vorhandene DNAsen rasch abgebaut Die Tatsache dass bei Tumorpatienten häufig eine erniedrigte DNAseAktivität festgestellt wurde ist eine Erklärung für die erhöhten Konzentrationen an cfDNA 12 Aufgrund der charakteristischen Größenverteilung der zirkulierenden DNAFragmente von rund 166 bp die exakt der Länge der DNA die um ein Nukleosom gewickelt ist inklusive der linker region entspricht ist es naheliegend anzunehmen dass die Mehrheit der Fragmente von apoptotischen Zellen stammt 14 15 Sobald ein Tumor zu wachsen beginnt erhöht sich nicht nur die Tumormasse es kommt auch gleichzeitig zu einem Anstieg des Zellsterbens Dadurch kann es zu einer verstärkten Freisetzung der TumorDNA kommen woraus ein Ungleichgewicht zwischen der Ausbreitung und dem Abbau von cfDNA resultiert 16Studien zeigten dass die cfDNA von unterschiedlichen Zellen freigesetzt werden kann 17 18 wobei in der Regel der Hauptteil der cfDNA auf Zellen aus dem hämatopoetischen System zurückgeführt werden kann Bei Personen mit Krebserkrankungen kann jedoch die ctDNA in unterschiedlichen Prozentsätzen in der cfDNA präsent sein Zusätzlich zum zellulären Turnover hängt die Menge der im Blut vorhandenen ctDNA von einer Reihe weiterer Faktoren ab wie beispielsweise dem Tumorstadium der Anzahl und Lokalisation der Tumorherde der Vaskularität oder dem Therapieansprechen und wahrscheinlich noch anderen zurzeit unbekannten Faktoren All diese Faktoren können zu einer immensen Variabilität der ctDNA beitragen Sogar im metastasierten Krebsstadium kann der Anteil der TumorDNA im Plasma weniger als 1  bis zu mehr als 90  ausmachen 3 6 Die Diskriminierung der TumorDNA von DNAFragmenten die von gesunden Zellen stammen ist somit zusammen mit der starken Fragmentierung eine große Herausforderung im Bereich der ctDNAAnalytikDer Anteil an zirkulierender TumorDNA im Vergleich zu zellfreier DNA aus normalen Zellen ist entscheidend für die Auswahl der Analysemethoden Für Proben mit geringen Mengen an TumorDNA 1  sind gezielte hochauflösende Methoden notwendig um die durch gesunde DNA verdünnte Mutation noch nachzuweisen Wenn ausreichende Mengen an TumorDNA in der Zirkulation vorhanden sind 5–10  können auch genomweite Methoden mit geringerer analytischer Sensitivität angewandt werden

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