„Liquid biopsy“ in der gastrointestinalen Onkologie: Hype oder bald Realität?

Originalien J. Gastroenterol. Hepatol. Erkr. 2022 · 20:45–54 https://doi.org/10.1007/s41971-022-00129-w Angenommen: 3. Juni 2022 Online publiziert: 27. Juni 2022 © Der/die Autor(en) 2022 Andreas W. Berger1,2 · Thomas Seufferlein1 1 2 Klinik für Innere Medizin I, Universitätsklinikum Ulm, Department für Innere Medizin, Ulm, Deutschland Klinik für Innere Medizin II, Evangelisches Krankenhaus Königin Elisabeth Herzberge gGmbH, Berlin, Deutschland „Liquid biopsy“ in der gastrointestinalen Onkologie: Hype oder bald Realität? Einleitung Gastrointestinale Onkologie Das Spektrum der gastrointestinalen Onkologie umfasst Tumoren des Pankreas, Kolons, Rektums, Magens, der Speiseröhre, der Leber und der Gallenwege/Gallenblase. Sie gehören zu den häufigsten Tumorarten und weltweit zu den häufigsten krebsbedingten Todesursachen [1]. Gastrointestinale Tumoren insgesamt tragen weltweit signifikant zur Gesamtzahl der neu diagnostizierten Krebserkrankungen bei [2]. In Deutschland allein erkranken jedes Jahr ca. 500.000 Männer und Frauen an einer Krebserkrankung. Das kolorektale Karzinom (KRK) stellt im Bereich der gastrointestinalen Onkologie die dritthäufigste Krebstodesursache in Deutschland dar, trotz sinkender Inzidenz [3]. Im Gegensatz dazu zeigt das Pankreaskarzinom („pancreatic ductal adenocarcinoma“, PDAC) eine steigende Inzidenz: Seit Ende der 1990er-Jahre sind die altersstandardisierten Erkrankungsund Sterberaten angestiegen, insbesondere in den höheren Altersgruppen ab 65 Jahre. Die absolute Zahl der Neuerkrankungs- und Sterbefälle hat für beide Geschlechter über die Jahre in Deutschland kontinuierlich zugenommen, auch aufgrund der demografischen Entwicklung [3]. Schätzungen zufolge werden in den 28 Ländern der Europäischen Union (EU) bis 2025 etwa 111.500 Menschen (55.000 Männer und 56.500 Frauen) an einem PDAC versterben. Die Zahl der registrierten Krebstodesfälle im Jahr 2010 wird um fast 50 % bis zum Jahr 2025 zunehmen (45 % bei Männern und 49 % bei Frauen). Prognostiziert wird, dass das PDAC die dritthäufigste Krebstodesursache in der EU werden könnte, nach Lungenkarzinomen und dem KRK [4]. Ähnliche Daten existieren für die USA [5]. Allgemeines zur „liquid biopsy“: zirkulierende Tumor-DNA, zirkulierende Tumorzellen, Exosomen und miRNA Seit jeher stellt die Untersuchung von Gewebe, gewonnen mittels Biopsie, einen Eckpfeiler in der Diagnostik und Therapie von diversen Krankheiten, nicht nur in der Onkologie, dar [6] und gilt als Goldstandard. Neben der histopathologischen Diagnosestellung ist mittels Tumorgewebeanalytik ebenso eine molekulare Charakterisierung möglich, worauf therapeutische Entscheidungen zunehmend fußen [7]. Jedoch hat diese „Spotlight-Diagnostik“ zu nur einem singulären Zeitpunkt erhebliche Limitationen („single biopsy bias“ [8]), da z. B. therapiebedingte Veränderungen in der genetischen Zusammensetzung eines Tumors nicht erfasst werden und eine sequenzielle Anpassung von Therapiestrategien nicht möglich ist, es sei denn die Biopsie wird repetitiv wiederholt, was mit Komplikationen und einer erheblichen Belastung für die Patienten einhergeht. Die moderne Präzisionsonkologie versucht, eine Vielzahl an molekularen Informationen über den jeweiligen Tumor auch in der zeitlichen Dimension zu erheben, um letztlich ein optimales Outcome für den jeweiligen Patienten zu erreichen. Dazu sind wiederholte molekulare Analysen eines Tumors unabdingbar. Die Aufmerksamkeit richtet sich dabei auf minimal-invasive Ansätze in Form der „liquid biopsy“. Unter einer „liquid biopsy“ versteht man dabei die Analyse von tumorabgeleiteten Nukleinsäuren aus Körperflüssigkeiten, insbesondere aus Blut. Dabei können diese zellulär gebunden sein in Form von zirkulierenden Tumorzellen („circulating tumor cells“, CTC) oder frei vorliegen in Form von zirkulierender Tumor-DNA („circulating tumor DNA“, ctDNA), nichtkodierender RNA, sog. microRNA (miRNA) oder in Form von Mikrovesikeln (Exosomen). . Abb. 1 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Analyte einer blutbasierten „liquid biopsy“ und deren Ursprünge bzw. Methoden der Freisetzung. Die ctDNA wird im Rahmen aktiver spontaner [9–11] und passiver Sekretion (Apoptose, Nekrose, insuffiziente Clearance; [12–15]) von Tumorzellen in den Blutstrom abgegeben. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass „liquid biopsies“ repräsentativ für das Tumorgenom sind [16] und molekulare Veränderungen von gastrointestinalen Tumoren in Körperflüssigkeiten abbilden [17]. Häufig ist ctDNA stark fragmentiert [18] mit Fragmentlängen im Mittel von 166 bp [19]. Die ctDNA ist durch das Vorhandensein von (tumorspezifischen) Mutationen definiert und kann durch einzelne Punktmutationen ebenso wie Amplifikationen, Rearrangements und Aneuploidie nachgewiesen werden [20]. Journal für Gastroenterologische und Hepatologische Erkrankungen 2 · 2022 45 Originalien Abb. 1 8 Schematische Darstellung einer blutbasierten „liquid biopsy“. Dargestellt sind einerseits die einzelnen Analyte wie zirkulierende Tumor-DNA oderzirkulierende Tumorzellen.Andererseits sinddie Ursprungsorte dieserZielmoleküleundderen Freisetzung schematisch skizziert Die individuellen ctDNA-Konzentrationen im Blut von Patienten sind krankheitsstadien- und damit tumorlastabhängig [21]. In bestimmten Situationen, wie beispielsweise nach einer kurativ intendierten Operation, sind die nachweisbaren Konzentrationen sehr gering. Der erfolgte Quantensprung bei „liquid biopsies“ ist daher nicht zuletzt technologiegetrieben. Innovative Analysemethoden, wie Next Generation Sequencing (NGS) oder die Entwicklung neuer digitaler Technologien der Polymerasekettenreaktion („polymerase chain reaction“, PCR) bis hin zur Einzelzellanalyse, erbrachte eine enorme Sensitivitätssteigerung in der Detektion von tumorspezifischen Varianten in „liquid biopsies“, wenn diese in sehr geringer Konzentration vorliegen [22]. 46 In Bezug auf gastrointestinale Malignome wird über den Nachweis von ctDNA bei 73 % der KRK-Patienten, 57 % der Ösophaguskarzinompatienten und 48 % der Patienten mit PDAC berichtet, während ctDNA bei mehr als 75 % der Patienten mit fortgeschrittenem Tumorleiden nachweisbar war [21]. Einige Herausforderungen sind bei der ctDNA-Analytik allerdings zu meistern, dazu zählen: 1. die Diskriminierung von ctDNA und physiologisch im Blut vorkommender zellfreier DNA, 2. der Umgang mit teils sehr niedrigen Konzentrationen von ctDNA und 3. die genaue Quantifizierung der Anzahl von mutierten Fragmenten in einer Probe [20, 23–25]. Journal für Gastroenterologische und Hepatologische Erkrankungen 2 · 2022 „Liquid biopsies“ können aufgrund ihrer repetitiven Analysierbarkeit und ihrer nicht- oder wenig invasiven Verfügbarkeit die Limitationen des „single biopsy bias“ überwinden und stellen somit einen vielversprechenden Ansatz für die Diagnostik, das Therapiemonitoring, die Prognoseabschätzung und für die Adressierung prädiktiver Fragestellungen dar [26]. . Tab. 1 gibt einen Überblick über die verschiedenen Anwendungsgebiete und (...truncated)