Mutationsanalysen aus dem Blut

Interview mit Prof. Dr. med. Klaus Pantel, Institut für Tumorbiologie am Zentrum für Experimentelle Medizin, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf; Universitäres Cancer Center Hamburg (UCCH)

Was sollte man als Onkolog:in über Liquid Biopsy-Testmethoden wissen?

Die Liquid Biopsy ist definiert als die Analyse von Tumorzellen oder Tumorzellprodukten im Blut oder in anderen Körperflüssigkeiten mit sehr sensitiven Nachweismethoden. Die meisten Anwendungen, die jetzt oder bald in der Klinik eingesetzt werden, sind Blut­analysen. Wichtig zu wissen ist, welche Liquid Biopsy-Anwendungen bereits in der Klinik Fuß gefasst haben. Deshalb haben wir auch ESMO Guidelines pub­liziert (1). Dort ist festgehalten, dass für die Routineanwendung derzeit nur Blutanalysen bei Patient:innen mit fortgeschrittenen Tumoren in Frage kommen, falls keine Gewebeprobe vorhanden ist (z.B. aufgrund schwer zugänglicher Lokalisation der Metastase).

Ein großer Vorteil der Liquid Biopsy ist, dass man keine Gewebebiopsie durchführen muss. Dies ist in der fortgeschrittenen Erkrankungssituation relevant, denn der Zugang zu Metastasengewebe ist häufig schwierig und die Invasivität einer Biopsie belastet die Patient:innen.

Für die Blutentnahme ist wichtig, das periphere Blut nicht in die üblichen EDTA-Röhrchen zu füllen, sondern in spezielle Zellkonservierungs-Röhrchen, die man anfordern kann. Denn diese verhindern die Ruptur der Blutzellen und damit eine Verdünnung der Tumor-DNA bzw. die Schädigung der Blutzellprodukte. Auch sollte man das Röhrchen voll machen. Das klingt trivial, aber nicht selten sind es die Banalitäten, an denen die Ergebnisse scheitern. Und schließlich muss man wissen, welches Labor diese Analysen durchführt.
 

Welche konkreten Anwendungsmöglichkeiten gibt es derzeit in der Onkologie für solche Blutanalysen?

Der Anwendungsbereich, auf den wir uns mit der ESMO Guideline (1) geeinigt haben, ist die Frage nach therapierelevanten Aberrationen, die man z.B. auf zirkulierender Tumor-DNA findet. Diese Tumor-DNA ist neben der normalen DNA im Blut gelöst. Konkrete Beispiele sind die Detektion von Mutationen im EGF-Rezeptor beim nicht-kleinzelligen Lungenkarzinom. Ein Teil dieser Mutationen kann Resistenzen gegen zielgerichtete Therapien entwickeln. Beim Mammakarzinom können wir Mutationen im Östrogen-Rezeptor nachweisen, die inzwischen therapeutisch angegangen werden können. Im Prinzip kann man viele DNA-Veränderungen, die man am Gewebe analysieren kann, bereits jetzt oder auch in Zukunft anhand von Blutproben bestimmen. Das ist eine gute Perspektive.

Wie findet man denn für eine bestimmte Krebsentität den richtigen Liquid Biopsy-Test für die gewünschte Mutationsanalyse?

Das ist im Moment noch eine wirkliche Herausforderung, selbst für Expert:innen. Wir haben deshalb die Europäische Liquid Biopsy Society (ELBS (2)) gegründet, die derzeit aus 84 Partnerinstitutionen in ganz Europa bis hin nach Asien besteht und für weitere Partner offen ist. Ein Ziel der ELBS ist es, genau diese Informationen zusammenzutragen und in Zukunft auf der Webseite oder mittels App zu veröffentlichen. Die Informationen zu Tests und durchführenden Laboratorien müssen leichter verfügbar werden und die Kostenübernahme muss geklärt werden, damit sie in der Breite der klinischen Versorgung ankommen. Das ist mir ein großes Anliegen.
 

Was sind derzeit noch begrenzende Faktoren bei der Analyse von Tumorzellen oder Tumorzellprodukten aus dem Blut?

Die beiden Hauptanalyte, die wir im Blut nachweisen, sind zirkulierende Tumorzellen (CTCs) und zirkulierende Tumor-DNA-Fragmente (ctDNA). Bei beiden ist die niedrige Anzahl bzw. Konzentration im Blut ein begrenzender Faktor für verlässliche Analysen. Wir gehen davon aus, dass mit dem Fortschreiten der Erkrankung mehr Tumorzellen und auch mehr Tumor-DNA freigesetzt werden. Denn mit dem Tumorwachstum ist auch ein größerer Tumorzell-Umsatz und -zelltod verbunden. Wie bei jedem Biomarker gilt, je mehr vorhanden ist, umso verlässlicher ist das Analyseergebnis.

Die Tumorzellen haben den Vorteil gegenüber der Tumor-DNA, dass man auch Proteine nachweisen kann. Ein Beispiel ist das PD-L1-Protein, das für die Immuntherapie eine wichtige Zielstruktur ist, oder auch das HER2-Protein, das ja jetzt auch bei niedriger Expression therapeutisch angegangen werden kann.

Die Aufarbeitung von Blutplasmaproben ist technisch weniger aufwendig als die Tumorzellanalyse, aber dennoch gibt es bei den DNA-Fragmenten auch Limitationen. Beispielsweise gibt es innerhalb einer Tumorentität immer wieder Patient:innen, deren Tumoren nur wenig DNA in das Blut abgeben. Man spricht dann von den sog. Non-Shedders. Dies ist noch zu wenig verstanden, hier brauchen wir mehr Forschung in Richtung Biologie dieser Biomarker.

Ein weiterer begrenzender Faktor liegt in der Verlässlichkeit der Testmethodik. Eine zu geringe Sensitivität wirkt sich vor allem bei der Entdeckung von frühen Tumorstadien aus. Erhöht man die Sensitivität, muss man die Spezifität und damit falsch-positive Ergebnisse im Auge behalten.

Außerdem hat man bei älteren Menschen ab etwa dem 45. Lebensjahr ein „Mutations-Hintergrundrauschen“ im Blut. Einige Leukozyten tragen sog. CHIP-Mutationen (Klonale Hämato­poese unbestimmten Potenzials), die in der Regel nicht zu Blutkrebs führen, aber stören, wenn man empfindliche Methoden einsetzt. Dieses „Rauschen“ muss vereinfacht ausgedrückt vom Ergebnis subtrahiert werden. Dazu werden neben dem Blutplasma die Blutzellen desselben Patienten parallel analysiert, um nachzuweisen, dass die gefundenen Aberrationen wirklich aus dem Tumor und nicht aus den Leukozyten stammen. Insgesamt betritt man mit diesen empfindlichen Nachweismethoden noch einmal Neuland in Bezug auf die Analyse der Biologie des menschlichen Körpers.

Wie kann man diese Einschränkungen überwinden – was sind vielversprechende Strategien?

Das geschilderte Sensitivitätsproblem wird sich durch neue Technologien lösen. Inzwischen gibt es Methoden, die weniger als 0,01% Tumor-DNA noch sicher nachweisen können, teilweise sogar noch weniger. Damit ist man in Bereichen, die für die Früherkennung von Erkrankungen bzw. die Früh­erkennung von Rezidiven schon sehr gut sind. Und diese Technologien werden ständig weiter verbessert.

Des Weiteren sind die sog. confounding factors, wie die erwähnten CHIP-Mutationen, eine mögliche Einschränkung. Daran muss erstens gedacht werden und zweitens müssen diese Faktoren bzw. der Umgang damit definiert sein.

Ganz wichtig ist auch die Standardisierung. Ein neues Feld, wie die Liquid Biopsy, hat immer eine Eigendynamik. Es gibt viele Wissenschaftler:innen, die neue Tests entwickeln. Das ist gut und bedeutet auch Fortschritt. Um diese Methoden jedoch in der Routinediagnostik einsetzen zu können, müssen Rahmenbedingungen wie die prä­analytischen Faktoren klar definiert sein. Dazu verfassen wir derzeit in der ELBS Guidelines. Das umfasst Bedingungen, die für die Liquid Biopsy-Tests erfüllt sein müssen, aber auch Standards für das Reporting klinischer Kolleg:innen. Hier muss berichtet werden, was für die Therapieentscheidung relevant ist, nicht was aus wissenschaftlicher Sicht interessant ist.

Es reicht nicht, eine Methode zu entwickeln und diese zu publizieren. Es ist noch viel und harte Arbeit nötig, um Rahmenbedingungen und Standardisierungen festzulegen, damit die Methode breit eingesetzt werden kann und damit auch den Patient:innen zugute kommt. Das ist unser übergeordnetes Ziel in der ELBS.

Wie steht es um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse?

Die Reproduzierbarkeit lässt sich mit externen Standards und Ringversuchen überprüfen. Hierzu wurden bereits von der ELBS initiierte Ringversuche gemacht. Dazu gibt man synthetische Standards in die Blutprobe. Das sind DNA-Fragmente mit definierten Mutationen, z.B. im EGFR-Gen. Diese Proben werden dann an mehrere Labors geschickt, die mit ihren jeweils unterschiedlichen Analysemethoden alle zu dem gleichen Ergebnis kommen müssen, sonst stimmt etwas nicht. Diese sog. Quality Assurance- oder Proficiency Testing-Experimente sind extrem wichtig. Damit lassen sich auch, wie es die Patholog:innen bereits mit Molekularanalysen aus Gewebeschnitten machen, Labors für bestimmte Testmethoden zertifizieren.

Noch mal zurück zu den heutigen und zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten der Liquid Biopsy, wie ist der Stand bei der Bestimmung des Therapieansprechens oder beim Therapiemonitoring?

Zusammen mit der EORTC (European Organisation for Research and Treatment of Cancer) prüfen wir momentan, ob sich die RECIST-Kriterien (3) in einer 2.0-Version auf zirkulierende Tumor-DNA und/oder zirkulierende Tumorzellen erweitern lassen. Denn die Publikationen zeigen, dass man mittels Liquid Biopsy ein Fortschreiten der Erkrankung schon Monate vor der radiologischen Diagnostik erkennen kann, woraus sich ein neues Fenster für „post-adjuvante“ Therapien öffnet (4). Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir vor Kurzem ein weiteres EU-gefördertes Konsortium mit dem Namen GUIDE.MRD (5) gestartet. Auch die klinische Validierung im Setting Therapiemonitoring ist schon weit fortgeschritten. Vermutlich wird es hier Tumortyp-spezifische Empfehlungen geben.

Wie sieht es bei der Früherkennung bzw. beim Screening aus? Es gibt einige Studien, die zeigen, dass mit einem Bluttest verschiedene Krebs­entitäten sehr frühzeitig entdeckt werden können. Wie schätzen Sie die Ergebnisse ein?

Screening ist natürlich ein großes Feld. Auch hier gibt es sehr gute Fortschritte. Vermutlich werden die Screening-Bluttests, wenn sie die Validierung durchlaufen haben, erst einmal bei Personen mit hohem Krebsrisiko angewendet werden und nicht sofort in einem ganz weit gefassten Bevölkerungs-Screening-Programm. Denn auch an Risiko­populations-Untersuchungen kann man die Genauigkeit der Tests gut evaluieren. Für die Entscheidung, wie eine Methode eingesetzt wird, spielen auch ethische Aspekte eine Rolle. Im Risikopopulations-Szenario wissen die Menschen um ihr hohes Krebsrisiko und wollen Gewissheit.

Die Screening-Untersuchung selbst sollte möglichst schmerzfrei, wenig invasiv und nebenwirkungsarm sein. Das spricht für einen Bluttest in einer Risikopoplulation.

Ein weiteres Pro-Argument ist, dass die Zahl der Risikopatient:innen doch relativ gering ist und man damit die Zahl der falsch-positiven Ergebnisse klein hält. Ein Rechenbeispiel: Screent man in einer breit angelegten Strategie z.B. 10 Millionen Personen mit einem Liquid Biopsy-Assay mit einer Sensitivität von 99%, dann hätte man 1% falsch-positive Ergebnisse. Das klingt wenig, aber in diesem Beispiel würden 100.000 Menschen einen Krebsverdacht mitgeteilt bekommen, der gar nicht stimmt.

Können Sie konkretisieren, bei welchen Krebsentitäten man ein solches Risikopopulations-Screening andenkt?

Es gibt einige Personen mit radiologisch festgestellten Veränderungen der Bauchspeicheldrüse, deren kanzerogenes Potenzial jedoch unklar ist. Hier sind regelmäßige Kontrollen nötig. Ein Bluttest, der bei diesen Personen Pankreaskrebs mit hoher Sicherheit erkennen bzw. ausschließen könnte, wäre eine große Hilfe. Daher arbeiten wir in Hamburg in einem großen Konsortium zur Früherkennung von Bauchspeicheldrüsenkrebs namens PANCAID (PANcreatic CAncer Initial Detection via liquid biopsy (6)) mit. Dieses wird von der EU seit Anfang 2023 gefördert. PANCAID entwickelt unter anderem Empfehlungen, bei welchen Personen eine Liquid Biopsy am bes­ten einsetzbar ist. Hieran arbeiten nicht nur Naturwissenschaftler:innen, sondern auch sozioökonomische und Ethik-Expert:innen. Andere Beispiele für Risikopopulationen sind langjährige starke Raucher:innen, die ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko aufweisen oder Frauen, die ein familiäres Brustkrebsrisiko haben oder Personen mit einem familiären Risiko für Darmkrebs.
  Eine weitere Anwendung wären Zufallsbefunde, wie kleine Läsionen in der Lunge, die bei Menschen höheren Alters nach radiologischen Untersuchungen häufig auftreten – und dann erst einmal beobachtet werden. Die betroffenen Menschen sind jedoch verunsichert und haben Angst. Auch in dieser Situation könnte eine Liquid Biopsy in Zukunft hilfreich sein.

Inwiefern kann der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) bei der Detektion von zirkulierenden Tumorzellen oder anderen Tumorzellbestandteilen helfen?

In einigen klinischen Situationen müssen verschiedene Biomarker in einer Art Zusammenschau betrachtet werden, was häufig sehr komplex ist. Hier können KI-gesteuerte Auswertungsstrategien eingesetzt werden, um einen Classifier zu bestimmen, also einen Grenzwert, der „bösartig“ eindeutig von „gutartig“ unterscheiden kann.

Auch KI-gestützte Auswertungen von Bildern von Tumorzellen sind ein zukünftiges Anwendungsfeld. Mithilfe von KI kann man auch an Hunderttausenden oder Millionen Datensätzen aus verschiedenen Laboratorien weltweit lernen. Das Teilen von Daten ist auch aus ethischer Sicht wichtig, damit die Forschungsergebnisse möglichst schnell den Menschen zugute­kommen. Allerdings wird dies sehr stark von den Datenschutzgesetzen ausgebremst. Als Koordinator verschiedener europäischer Konsortien weiß ich, dass Wissenschaftler:innen gerne Daten teilen wollen. Aber selbst innerhalb von Europa vergehen oft 12 Monate, um Wege zu finden, auf denen Daten (und auch Material) von A nach B transferiert werden können. Erst dann kann die Forschungsarbeit beginnen. In diesem Zeitraum sterben 1,3 Millionen Menschen in der EU alleine an Krebs. Das ist ein großes Problem. Ich wünsche mir, in diesem Bereich mehr auf Fortschritt zu setzen und an die Wissenschaft zu glauben.
 

Auch wenn das schon eine tolles Schlusswort war, interessiert mich noch, was Sie in naher Zukunft noch erforschen wollen?

Eine Frage, die mich sehr beschäftigt, ist: „Was muss passieren, damit sich aus einem erfolgreich entfernten Tumor, der aber bereits einzelne Zellen gestreut hat, Metastasen entwickeln?“. Wir wissen z.B. beim Mammakarzinom nicht, warum manche Patientinnen bereits nach 5 Jahren und andere erst nach 10 oder sogar 15 Jahren ein Rezidiv bekommen. Wie schafft es der Körper einer solchen Patientin, diese abgesiedelten Tumorzellen 5 bis 15 Jahre lang am Wachsen zu hindern? Antworten auf diese Frage könnten vermutlich ganz neue Therapiemöglichkeiten eröffnen.

Vielen Dank für das Gespräch!

Das Interview führte Dr. rer. nat. Carola Göring

Weiterführende Literatur:
- Lawrence R et al. Circulating tumour cells for early detection of clinically relevant cancer. Nature Rev Clin Oncol 2023;20:487-500.
- Pantel K, Alix-Panabières C. Crucial roles of circulating tumor cells in the metastatic cascade and tumor immune escape: biology and clinical translation. J Immunother Cancer 2022;10: e005615.
- Alix-Panabières C, Pantel K. Liquid Biopsy: From Discovery to Clinical Application. Cancer Discov 2021;11:858-873.