Molekularbiologische Untersuchungen bei Krebs

Mit molekularbiologischen Methoden untersuchen Ärzte und Forscher Gewebe, Zellen oder Zellbestandteile auf bestimmte Eigenschaften. Das Material für eine solche Untersuchung gewinnen sie auf verschiedenen Wegen. Die zu untersuchenden Zellen oder Moleküle befinden sich zum Beispiel

• im Tumorgewebe,
• im Blut,
• im Urin,
• in der Hirnflüssigkeit (Liquor),
• in tumorbedingten Flüssigkeitsansammlungen, zum Beispiel im Brustraum (Pleuraerguss) oder im Bauchraum (Aszites).

Ärzte entnehmen eine Probe aus der zu untersuchenden Körperflüssigkeit oder dem Gewebe. Die Gewebeentnahme heißt Biopsie. Bei einer Probe aus einer Körperflüssigkeit spricht man auch von einer flüssigen Biopsie oder auf Englisch "liquid biopsy".

Meist muss diese Probe noch aufbereitet werden, bevor sie untersucht werden kann. Gewebeproben werden zum Beispiel eingefroren oder fixiert und in Paraffin eingebettet, Blutproben in verschiedene Bestandteile zerlegt. Häufig schicken Ärzte die Proben zur Untersuchung an ein spezialisiertes Labor. Bis Betroffene das Ergebnis bekommen, vergehen in der Regel mehrere Tage, manchmal auch Wochen.

Um Biomarker in einer Probe nachzuweisen, setzen Ärzte und Forscher vor allem spezielle Antikörper ein, die für die Anwendung in der Diagnostik entwickelt und industriell produziert werden. Antikörper sind Eiweiße, die sehr spezifisch eine bestimmte Zielstruktur erkennen und binden. Weil sie Teil des Immunsystems sind, spricht man von einem Immunassay oder auch Immunoassay (assay engl. für Untersuchung).

Dafür werden in den Patientenproben Kopien des Erbmaterials verwendet, die sogenannten mRNAs. Ihre Menge zeigt an, wie häufig der entsprechende Erbgutabschnitt abgelesen wird.

Einsatzmöglichkeiten: Nach diesem Prinzip funktionieren zum Beispiel Genexpressionstests für Brustkrebspatientinnen. Bei diesen und ähnlichen Tests wird die Ablese-Häufigkeit mehrerer Gene im Krebsgewebe gemessen. Deshalb spricht man auch von einer Gensignatur. Daraus kann ein Wert für das individuelle Rückfallrisiko einer Patientin ermittelt werden.

Sequenzieren bedeutet, das Erbgut Baustein für Baustein zu entschlüsseln und die Abfolge zu einer "Sequenz" zusammenzusetzen. Ärzte und Forscher können die Sequenz von Tumorzellen und gesunden Körperzellen miteinander vergleichen und nach Unterschieden suchen.

Es gibt verschiedene Formen der Sequenzierung, die Ärzte und Forscher je nach Fragestellung einsetzen:

• Sie können das gesamte Erbmaterial eines Patienten sequenzieren, bei einer sogenannten Tumor-Genomsequenzierung.
• Bei der Exom-Sequenzierung werden dagegen nur die Abschnitte abgelesen, die tatsächlich von der Zelle in Eiweiße übersetzt werden.
• Genpanel-Sequenzierung bedeutet, dass Ärzte nur Abschnitte sequenzieren, die bekanntermaßen bei der Entwicklung von Krebs oder von einer bestimmten Krebsart eine Rolle spielen.
• Wird ein bestimmtes Gen untersucht, dann spricht man von einem Einzel-Gentest.

Einsatzmöglichkeiten: Die Sequenzierung spielt bereits eine Rolle bei der Therapieplanung mancher Krebsarten, beispielsweise bei Lungenkrebs.

Einzelne Gene oder Gen-Panels untersuchen Ärzte zum Beispiel auch, wenn der Verdacht auf ein erbliches Krebsrisiko durch eine Veränderung in einem Gen besteht. Oder, wenn der Einsatz eines Medikamentes vom Nachweis einer bestimmten Erbgut-Veränderung abhängt.

Bisher nur in Studien untersuchen Forscher, ob Patienten einen Nutzen von der Tumor-Genomsequenzierung oder Exom-Sequenzierung haben, denen Ärzte keine etablierte Therapie (mehr) anbieten können. Dadurch finden sich unter Umständen Angriffspunkte für Medikamente, die für die Tumorart des Betroffenen bisher nicht zugelassen sind – bei anderen Tumorarten aber eine Wirkung gezeigt haben.

Forscher setzen die Sequenzierung außerdem ein, um mehr über die genetischen Veränderungen in verschiedenen Tumoren zu erfahren und neue Medikamente zu entwickeln.

Chromosomen sind Einheiten in der Zelle, die größere Mengen an Erbinformation enthalten. Veränderungen der Zahl oder Struktur von Chromosomen können zur Krebsentstehung beitragen. Chromosomen können zum Beispiel:

• zu oft in einer Zelle vorliegen,
• Teile der Erbinformation verlieren oder
• Abschnitte untereinander austauschen.

Manchmal lösen sich Krebszellen von ihrem Ursprungstumor ab und schwimmen frei im Blut. Das kann bei allen möglichen Tumoren passieren, zum Beispiel bei Brustkrebs, Prostatakrebs oder Darmkrebs. Diese Zellen heißen zirkulierende Tumorzellen (CTCs, von englisch circulating tumor cells). Auch Erbmaterial von absterbenden Tumorzellen schwimmt frei im Blut.

Freie Tumorzellen und Krebszell-Erbgut im Blut zu finden, ist nicht einfach, weil beides nur in sehr kleiner Menge vorliegt und schwierig von gesunden Zellen zu unterscheiden ist. Ärzte und Forscher setzen Eiweiße gegen typische Oberflächenstrukturen ein oder filtern Zellen nach ihrer Größe. Krebszell-Erbgut erkennen sie an typischen Veränderungen.

Einsatzmöglichkeiten: Bis jetzt gibt es nur wenige Anwendungen, die Ärzte bereits bei Krebspatienten nutzen. Ein Beispiel ist der Nachweis von CTCs bei Patientinnen mit Brustkrebs. Ihre Menge gibt Hinweise auf den wahrscheinlichen Krankheitsverlauf.

Frei im Blut schwimmendes Krebszell-Erbgut untersuchen Ärzte bei manchen Lungenkrebs-Patienten. Sie können darin Veränderungen finden, die auf die Wirksamkeit von bestimmten zielgerichteten Medikamenten hinweisen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten werden im Moment intensiv erforscht – zum Beispiel die Frage, ob sich eine "liquid biopsy" zur Krebsfrüherkennung eignet.